Определение

«Кремний на изоляторе» (SOI — silicon-on-insulator) — это технология изготовления микросхем, при которой транзисторы изолируются от подложки слоем диоксида кремния для повышения эффективности управления электронами. В результате повышается по сравнению с обычной КМОП-технологией скорость работы микросхемы и снижается расход электроэнергии.

Вы любите сосиски в тесте? Существует новая технология изготовления микросхем, которую вполне можно назвать «микросхема в одеяле».

Микросхемы типа кремний на изоляторе (SOI — silicon-on- insulator) изготавливаются со слоем диоксида кремния, который отделяет каждый транзистор от находящейся под ним кремниевой подложки.

В обычных КМОП-микросхемах транзисторы находятся в непосредственном контакте с подложкой. Тончайший слой двуокиси кремния помогает электронам эффективнее перемещаться от одного затвора к другому, не позволяя «заблудившимся» электронам утекать в подложку. В результате получается микропроцессор, в котором электроны попадают на место своего назначения быстрее. Эти микросхемы обеспечивают большую скорость обработки, а основанные на SOI компьютеры используют меньше электроэнергии, потому что из-за утечки электронов она не перерасходуется.

SOI выходит на рынок

IBM начала поставлять первые коммерческие серверы на базе SOI-микропроцессоров летом прошлого года, выведя на рынок технологию экономии электроэнергии, которая многие годы испытывалась в исследовательских лабораториях, но до недавнего времени не имела коммерческого спроса.

Дополнительные производственные этапы, необходимые для производства SOI-микросхем, до недавнего времени делали технологию слишком дорогой для крайне конкурентного рынка. Но сейчас благодаря требованиям приложений старшего класса, типа вычислений для электронного бизнеса, некоторые фанаты производительности согласны платить прибавки стоимости примерно в 25% за микросхемы, которые обгоняют обычные КМОП-процессоры.

По данным самой IBM, лобовые сравнения эквивалентных SOI и КМОП-процессоров показывают, что первые имеют 20-30% преимущество и потребляют половину или треть энергии, нужной КМОП.

Хотя процесс производства SOI-процессоров состоит из большего числа этапов, чем производство КМОП-процессоров, существующие заводы по выпуску процессоров не требуют серьезного переоборудования для реализации SOI. После нанесения пленки двуокиси на поверхность подложки процесс формирования транзисторов поверх изолирующего слоя происходит при помощи обычной литографии и инструментов, применяемых в изготовлении КМОП-микросхемы.

«Таким образом производство SOI — эволюционный шаг развития производства микросхем, — говорит Джоэл Тендлер, управляющий службы технического контроля за выпуском микропроцессоров Power4 на заводе IBM в Остине (штат Техас). — Нам приходится пользоваться подобными ?трюками?, чтобы поддерживать действие закона Мура».

Ни один другой производитель микропроцессоров, включая таких монстров, как Intel и Sun, не объявил о планах по производство SOI с таким энтузиазмом, как это сделала IBM.

В 2000 году IBM начала поставлять серверы старшего класса p680 с новыми процессорами и планирует в ближайшее время представить модель AS/400, основанную на технологии SOI. Эти первые системы на базе SOI поддерживают приложения класса предприятия, такие как серверы электронного бизнеса и Web-серверы, системы оперативной обработки транзакций и добычи данных. В 2001 году IBM планирует представить системы с новыми процессорами Power4, а позже использовать SOI-процессоры в портативных устройствах, требующих экономного расхода энергии.

Intel продолжает наращивать производительность за счет КМОП-технологии, достигая тактовой частоты в 2 ГГц, замечает Стив Лейбсон, ведущий аналитик компании MicroDesign Resources и главный редактор Microprocessor Report. Станет ли SOI коммерчески жизнеспособной для какой-либо компании, кроме диверсифицированного технологического гиганта вроде IBM, пока неясно, добавляет он.

«IBM нужен производственный процесс для мэйнфреймовых процессоров старшего класса и линейки Power4, — говорит Лейбсон. — Чтобы предлагать более совершенные модели этих машин, им надо развивать технологию. Затем они могут посмотреть на торговый полупроводниковый рынок. Пройдет какое-то время, прежде чем SOI переместится в область ПК для бизнеса потому что сейчас у нас достаточно мегагерц для вещей типа Microsoft Office. Бизнес-пользователям SOI не понадобится до тех пор, пока мультимедиа не станет частью повседневной работы».


SOI в сравнении с КМОП

SOI-микросхема

На данном поперечном сечении SOI-микросхемы показан тонкий слой диоксида кремния, помещаемый между транзисторами и подложкой, за счет чего уменьшается емкость области между измененными участками кремния, и она разряжается и заряжается быстрее

КМОП-микросхема

В обычных КМОП-микросхемах без изолирующего слоя диоксида кремния на компенсацию неэффективности электронов затрачивается больше времени и электроэнергии

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями