Нынешние процессоры работают в ориентации «001», когда транзисторы строятся на верхней грани кремниевой пластины. Но исследования IBM показывают, что переход к ориентации «110» — по сути, вертикальному срезу кристалла — может значительно повысить производительность транзисторов, особенно для «pFET», отвечающих за поток положительного заряда.
Все сводится к подвижности электронов. Электроны, эти шустрые рабочие лошадки микросхем, движутся быстрее в плоскости 110. Хотя «дырки» (электронные вакансии) движутся медленнее в этой ориентации, прирост скорости для pFET перевешивает небольшое замедление электронов, что в конечном итоге приводит к ускорению обработки данных в целом.
Проблемы и потенциал: yесмотря на техническую осуществимость, переход на кремний 110 сопряжен с трудностями. Выращивание слоев кремния и германия в этой альтернативной ориентации требует значительной корректировки производства. Кроме того, инженерам необходимо решить проблему несколько более слабых характеристик nFET в 110-кремнии.
Несмотря на трудности, потенциальный прирост производительности трудно игнорировать. IBM планирует провести исследования по снижению темпов роста nFET и изучить 110-кремний на предмет использования 3D-стека «комплементарных FET» (CFET) — перспективной архитектуры для будущих чипов. Другие ведущие чипмейкеры также проявили интерес к CFET, что говорит о том, что этот переход на кремний может стать доминирующей тенденцией в следующем десятилетии.
Если кремний 110 получит широкое распространение, это может кардинально изменить дизайн чипов, что приведет к созданию более быстрых и эффективных процессоров для всех сфер — от смартфонов до суперкомпьютеров.