По поводу моей заметки в номере от 21.01.2002
о горячих финских парнях, которые охлаждали жидким азотом Pentium4 с тактовой
2,2 ГГц, разогнав его до 3,6ГГц возник некоторый спор. Дело в том, что
при температуре кипения азота (-196 С) кремниевый полупроводник, изпользуемый
в процессорах, работать не будет. Немного не тот температурный режим.
Конечно, существуют классы кремниевых п/проводников, которые будут как
надо работать только при температуре жидкого азота и разных классов п/проводников
с разнообразнейшими температурными свойствами существует очень много,
но P4 - это несколько другой разговор. Он разрабатывался для работы в
нормальных температурных условиях. Это даже не учитывая сложные механические
нагрузки при глубоком охлаждении. Теоретически, если погрузить процессор
в жидкий азот, полупроводник изменит свои свойства и будет вести себя
скорее всего как диэлектрик. Однако, опыт показывает, что на практике
процессор, видимо, не успевает сильно охладиться перед тем, как его запустят.
Скорее всего, в своем опыте фины следили за температурой и при понижении
(у них есть на сайте упоминание об этом) они комп включали. Думаю, что
и демпфер был. В виде радиатора, например. Таким образом они не дали температуре
на кристалле снизиться до критической.

А вот полностью погрузить процессор в жидкий азот, включить его и чтобы
он при этом сохранил свои свойства - вот это маловероятно. Вопрос бы сильно
прояснился, если бы Intel догадался приделать на кристалл термодатчик
и иметь регистр по которому можно читать температуру.
Далее. Частотные свойства кремниевых полупроводников в большей мере определяет
подвижность носителей заряда. Чем подвижность носителей больше - тем с
большей частотой можно создать полупроводниковый прибор. С другой стороны,
фактором увеличения частотных характеристик является еще и размер полупроводникового
элемента.
Наиболее ярким примером в индустрии процессоров связаны как раз с этими
25мкм, 18мкм, 13мкм процессами - все это делается именно в угоду повышения
частотных свойств п/проводника. Ученые Intel в прошлом году сделали транзистор
размером 0.02 мкм - это может соответствовать 20 ГГц характеристикам процессора.
До введения в технологический процесс пройдет не один год, а с какими
трудностями придется столкнуться инженерам при всяких переходных процессах
и прочими чудесами (которые уже начали появляться при разработке P4) -
это вообще неизвестно.
Но до какого предела можно уменьшать размер кремниевого транзистора?
Может стоит выбрать п/проводник с большей подвижностью носителей заряда?
Например, достаточно молодой тип п/п на основе арсенида галлия (GaAs)
имеет в 5 раз большую подвижность носителей зарядов, чем кремний. Однако,
он, в отличие от кремния, плохо поддается миниатюризации. Т.е. все существующие
техпроцессы для кремния - не для него. Их надо переделывать заново, и
начинать придется с величин на порядки большие чем существующие сейчас
13 мкм. Т.е. переделывать всю индустрию почти с нуля. Когда-нибудь это
будет, но не сейчас.
Кстати, если отвлечься от миниатюризации: заметьте - в справочнике по
р/электронной аппаратуре - СВЧ транисторы все на GaAs, на кремнии выше
3ГГц нет приборов. Уменьшить размер можно, но все это применимо для цифровой
электроники - там разницы нет, сколько тока проходит через переход. Это
плюс цифровой электроники.
Если вспомнить классификацию п/проводников, то типы обозначаются цифрой:
1 - Ge, 2 - Si, 3 - GaAs. А вот цифра 4 зарезервирована для п/проводников
на основе индия. Это могут быть и InP (фосфид индия), и антимонид
индия InSb (т.е. индий и сурьма). По валентностям составляющих - тот
же тип п/п, что и арсенид галлия. У антимонида индия подвижность носителей
заряда еще выше, чем у GaAs - т.е. если представить, что можно вот прямо
сейчас использовать существующий технологический процесс для Pentium4
и сделать его на основе индиевого полупроводника, то рабочую частоту можно
будет сразу использовать в 100 ГГц. Я думаю, что и терагерцы не так уж
далеко. Ведь есть же уже СВЧ приборы на эффекте Ганна, которые генерируют
до сотен гигагерц.
Практически, индиевые п/проводники очень молоды, сейчас они активно используются
в разного рода чувствительных тепловых датчиках, а какой там для них технологический
процесс нужен, чтобы еще и понижать размеры п/п элементов - это еще вопрос
даже не завтрашнего дня.
что-то не так?
помогал Леха
|