Strained Silicon: Qué es y cómo funciona?

Strained Silicon: Qué es y cómo funciona?

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Gracias al Strained Silicon (a la menor resistencia que ofrece el silicio) el flujo de electrones aumenta en casi un 70% permitiendo así tener transistores un 35% más rápidos sin necesidad de modificar el tamaño de estos.

Introducción

Mucho se habla de que los nuevos P4 Prescott traen esta tecnología nueva que aminora en un 30% el consumo de energía y mejora las expectativas de frecuencia, se habla que AMD lo ocupará pronto y que ya probó prototipos a 1.5ghz que no necesitan disipación activa, otros hablan que IBM implementará pronto el Strained Silicon para su serie de G5 en 90nm llamada curiosamente PP970FX (raro no? … )….. Pues bueno mucho se habla, mucho aparece, mucho se comenta, pero sin duda muchos de ustedes se han hecho las preguntas de rigor: ¿como funciona?, ¿que  es al final esto?, ¿se come con papas o con arroz?… pues bueno intentaremos dilucidar este… mmm.. lo que sea.. 😛

El calor, la variable constante

Los procesadores hoy en día generan mucho calor, debido entre otras cosas, a la disminución y mayor poblamiento de transistores por milímetro cuadrado. Como ya sabremos el transistor es la base del lenguaje binario (0, 1) y que tiene sus 2 fases: encendido y apagado, obviamente este encendido significa uso de electricidad, mí­­nima para un transistor en los actuales procesos de fabricación a 0.13micras o 0.09 micras, pero el problema empieza a tomar forma cuando hay decenas de millones de transistores prendiéndose y apagándose y consumiendo su pequeña cantidad de energí­­a cada uno, el problema esta en que siempre todo artefacto eléctrico o electrónico que funcione con energía, liberará calor y para que este no sea un problema, es necesario sacarlo de allí o “disiparlo” porque sino el artefacto en cuestión acumulara calor hasta que se funda o pierda las propiedades que le permitan seguir funcionando de manera óptima. En los microprocesadores el problema del calor se “apalea” de alguna forma disminuyendo los tamaños en los procesos de fabricación para que así los transistores consuman menos y disipen menos calor, ahora el problema está en que a menor tamaño también hay menor espacio para disipar, por lo tanto es mas difícil extraer el calor, es decir, no es lo mismo disipar 40watts de calor de 100 centímetros cuadrados a disipar esos mismos 40 watts pero en 100 milímetros cuadrados, esto ha llevado a crear sistemas que reduzcan el consumo de los transistores entre cada encendido y apagado, reduciendo también aquellas cargas que quedan dando vueltas y que demoran al transistor en su apaguado. El SOI es uno de esos procesos que permiten reducir el consumo y el calor generado y que consiste de manera simple en un aislador del transistor para que este se deshaga de cargas indeseables lo antes posible y de esta manera lograr estar más tiempo apagado entre otras cosas.

Strained Silicon

Los transistores se prenden y apagan sobre una capa de silicio, los electrones viajan a través de esta base de silicio del transistor cada vez que este se prende, este viaje a través de la base de silicio genera roces y fricciones, ya que, estos electrones chocan con los átomos que constituyen el silicio que están muy cohesionados, muy juntos, limitando la velocidad de los electrones y demorando el apagado del transistor causando también un elevado consumo debido a que se pierden electrones en el viaje. Es como cuando intentas dejar el auto en un estacionamiento subterráneo y es tan chico que al momento de entrar raspas la pintura y estas obligado a andar mas lento porque si andas mas rápido de seguro te das contra un pilar.

1)-transistor tradicional Pues bueno lo que hicieron nuestros amigos de IBM para intentar solucionar estos problemas de roces y fricciones, fue tomar una capa de silicio tradicional e implantarla sobre un material llamadosilicio germánico el cual tiene la propiedad de ser más “distendido” en su composición en relación al silicio tradicional, es decir, los átomos que lo componen tienen mayor distancia unos con otros. El silicio tradicional, que es insertado en el SiGe (silicio germánico), es estirado, llegando a tener casi la misma distancia entre átomos que el SiGe por lo que los electrones en la base del transistor pueden moverse mucho mas rápido, con mucho menos fricción, necesitando menos energía y por consiguiente disipando menos calor, esto obviamente mejora la capacidad de respuesta del transistor (disminuyendo la latencia o tiempos de espera de este).

2)Transistor bajo Strained-Silicon

Gracias al Strained Silicon (a la menor resistencia que ofrece el silicio) el flujo de electrones aumenta en casi un 70% permitiendo así tener transistores un 35% más rápidos sin necesidad de modificar el tamaño de estos. Por último terminamos por decir que la fabricación bajo SOI es completamente complementaria al Strained Silicon por lo que, obviamente, aquel fabricante que adopte los dos procesos de fabricación podrá obtener mayores frecuencias a menor costo energético (menor voltaje) y por consiguiente, el producto final disipará menos calor y sin necesidad de cambiar de “formato” de fabricación (0.13, 0.09, 0.65 micras) . Por último les dejo un enlace directo para que vean un pequeño video explicativo que de seguro dejará mucho mas claro el funcionamiento de un transistor normal en comparación con una bajo Strained Silicon Video

Para mas Información:

IBM Research

Intel

Para saber sobre SOI Thread sobre SOI en los Foros de CHW