TRANSISTOR

TENTANG TRANSISTOR 3D

Teknology  transistor sebenarnya teknology yg termasuk sudah “tua”, semenjak ditemukan 3 ilmuwan Amerika beberapa puluh tahun silam transistor telah mengalami perkembangan yg sgt signifikan, mulai dari bahan “pencampur”  transistor yg bermacam2 sampai dengan ukuran transistor yg terus mengalami evolusi yg luar biasa. pengembangan pembuatan transistor menjadi begitu penting sampai saat ini karena transistor adalah komponen utama didalam chip2 komputer yg ada di dunia saat ini terutama mikroprossesor (prosessor) baik untuk kelas desktop maupun server. dan jika kita berbicara tentang prosessor maka tentu saja kita berbicara tentang intel sebagai pemimpin pembuatan prosessor, setidaknya sampai tulisan ini dibuat.
Intel sebagai pemain utama dan pemimpin dalam pembuatan prosessor terus mengembangan teknology2 baru pembuatan  prosessor, dan teknology terbaru yg mereka kembangkan  adalah transistor 3D (tiga demensi).  namun sebelum membahas tentang teknology transistor 3D kita akan sedikit membahas tentang  transistor konvensional (sebagai perbandingan).
Transistor (Mosfet) konvensional.
Perhatikan Gambar :
   

Dalam Gambar  di atas,  terlihat bahwa  desain transistor terdiri dari  3 bagian, yaitu  Gate, Drain dan Source  ( istilah ini sebenarnya  merujuk  pada pin2 Mosfet – salah satu keluarga transistor yg dipakai di prosessor)  atau  (gampangnya)  kita  bisa juga menyebut  3 bagian ini menjadi  Basis, Kolektor dan Emitor. (walaupun istilah Basis, Kolektor dan Emitor merujuk kepada transistor diskrit yg sering di pakai di dunia analog).

Pada dasarnya Transistor dalam dunia digital berfungsi sebagai saklar berkecepatan tinggi.  sekarang coba anda perhatikan strip yg berwarna biru (inversion layer)  yg di “tanam” di subtract silicon, inversion layer akan menjadi  konduktor (penghantar listrik ) atau dapat  juga menjadi  isolator (penahan listrik) sesuai dengan besar tegangan yg diberikan pada  gate.  jadi ketika tegangan listrik tertentu di berikan pada Gate (gate oxide) transistor akan menghantar, disini arus akan mengalir dari source ke drain, dan ketika tegangan pada  Gate di putuskan arus ini (seharusnya) akan terhenti. namun  kenyataanya, masih ada arus yg tersisa yg  tetap mengalir, dan arus inilah yg disebut dengan “Leakage Current” atau “arus bocor”, dan ini  tetap menjadi masalah hingga saat ini.

dulu masalah arus bocor ini tidaklah begitu menjadi persoalan ketika ukuran transistor dalam prosessor masih berukuran 10 Micrometer atau (10 x 0.000001) meter, namun sekarang ukuran transistor dalam prosessor berorde nanometer (0.000000001) meter dan ukuran ini sangatlah kecil. atau dengan kata lain semakin kecil ukuran transistor terutama inversion layer  semakin besar arus bocornya, arus bocor ini berdampak pada semakin besarnya daya yg butuhkan prosessor untuk bekerja.

berikut tabel ukuran Mikroprosseor dan ukuran transistor (process) buatan berbagai perusahaan  :

Processor	Transistor count	Date of introduction	Manufacturer	Process	Area
Intel 4004	2,300	1971	Intel	10 µm	12 mm²
Intel 8008	3,500	1972	Intel	10 µm	14 mm²
MOS Technology 6502	3,510	1975	MOS Technology		21 mm²
Motorola 6800	4,100	1974	Motorola		16 mm²
Intel 8080	4,500	1974	Intel	6 μm	20 mm²
RCA 1802	5,000	1974	RCA	5 μm	27 mm²
Intel 8085	6,500	1976	Intel	3 μm	20 mm²
Zilog Z80	8,500	1976	Zilog	4 μm	18 mm²
Motorola 6809	9,000	1978	Motorola	5 μm	21 mm²
Intel 8086	29,000	1978	Intel	3 μm	33 mm²
Intel 8088	29,000	1979	Intel	3 μm	33 mm²
Intel 80186	55,000	1982	Intel
Motorola 68000	68,000	1979	Motorola	4 μm	44 mm²
Intel 80286	134,000	1982	Intel	1.5 µm	49 mm²
Intel 80386	275,000	1985	Intel	1.5 µm	104 mm²
Intel 80486	1,180,000	1989	Intel	1 µm	160 mm²
Pentium	3,100,000	1993	Intel	0.8 µm	294 mm²
AMD K5	4,300,000	1996	AMD	0.5 µm
Pentium II	7,500,000	1997	Intel	0.35 µm	195 mm²
AMD K6	8,800,000	1997	AMD	0.35 µm
Pentium III	9,500,000	1999	Intel	0.25 µm
AMD K6-III	21,300,000	1999	AMD	0.25 µm
AMD K7	22,000,000	1999	AMD	0.25 µm
Pentium 4	42,000,000	2000	Intel	180 nm
Atom	47,000,000	2008	Intel	45 nm
Barton	54,300,000	2003	AMD	130 nm
AMD K8	105,900,000	2003	AMD	130 nm
Itanium 2	220,000,000	2003	Intel	130 nm
Cell	241,000,000	2006	Sony/IBM/Toshiba	90 nm
Core 2 Duo	291,000,000	2006	Intel	65 nm
AMD K10	463,000,000[1]	2007	AMD	65 nm
AMD K10	758,000,000[1]	2008	AMD	45 nm
AMD Bulldozer 8C	1,200,000,000 [2]	2012	AMD	32nm
Itanium 2 with 9MB cache	592,000,000	2004	Intel	130 nm
Core i7 (Quad)	731,000,000	2008	Intel	45 nm	263 mm²
Six-Core Xeon 7400	1,900,000,000	2008	Intel	45 nm
POWER6	789,000,000	2007	IBM	65 nm	341 mm²
Six-Core Opteron 2400	904,000,000	2009	AMD	45 nm	346 mm²
16-Core SPARC T3	1,000,000,000[3]	2010	Sun/Oracle	40 nm	377 mm²
Six-Core Core i7 (Gulftown)	1,170,000,000	2010	Intel	32 nm	240 mm²
8-core POWER7	1,200,000,000	2010	IBM	45 nm	567 mm²
Quad-core z196[4]	1,400,000,000	2010	IBM	45 nm	512 mm²
Dual-Core Itanium 2	1,700,000,000[5]	2006	Intel	90 nm	596 mm²
Quad-Core Itanium Tukwila	2,000,000,000[6]	2010	Intel	65 nm	699 mm²
Six-Core Core i7 (Sandy Bridge-E)	2,270,000,000 [7]	2011	Intel	32 nm	434 mm²
8-Core Xeon Nehalem-EX	2,300,000,000[8]	2010	Intel	45 nm	684 mm²
10-Core Xeon Westmere-EX	2,600,000,000	2011	Intel	32 nm	512 mm²

dalam tabel terlihat ukuran transistor semakin hari semakin kecil, sehingga masalah arus bocor tetap menjadi momok, nah, untuk mengatasinya ada beberapa cara yg di tempuh, salah satunya adalah dengan cara memperbesar “inversion layer” menjadi 3D.

Transistor 3D

transistor 3D secara fisik berbeda dengan transistor tradisional, namun perbedaan ini tidaklah begitu signifikan, perhatikan gambar :

dalam gambar terlihat bahwa inversion layer di tanam di dalam gate dan memiliki bentuk 3 dimensi, sehingga ukuran menjadi lebih besar, sehingga arus bocor pun semakin kecil. jadi dengan kata lain perbedaan mendasar transistor 3D dengan transistor konvensional adalah bentuk dari inversion layer.  dlm transistor 3D bentuk  inversion layer ini lebih tebal dan tertanam dalam gate.

Untuk lebih jelas lihat gambar :

beberapa keuntungan dari bentuk inversion layer “3D” ini sebagai berikut :

• Arus bocor semakin sedikit (karena bentuk nya lebih “tebal” dan “besar”)
• Disipasi daya semakin sedikit (karena arus bocornya kecil)
• Kecepatan semakin tinggi.
• Bentuk semakin kecil
• Semakin banyak transistor yg dapat di masukkan kedalam satu wadah, sehingga kemampuan prosessor dengan arsitektur transistor 3D lebih dapat di kembangkan.

Prosessor intel yg telah mengadopsi system ini adalah prosessor dengan codename “Ivy Bridge”, berikut  perbandingan penggunaan daya, jumlah transistor, dan besar wafer (wadah prosessor) antara intel ivy bridge dengan Intel sandy bridge.

Ivy Bridge

Sandy Bridge (previous microarchitecture)

Die Code Name

Cores

Cache

GPU EUs

Transistor count

Die size

Sockets

Die Code Name

Cores

Cache

GPU EUs

Transistor count

Die size

Sockets

Ivy Bridge-M-2

2

3 MB[22]

6[23]

94 mm2[24]

LGA 1155, rPGA988B, BGA-1224, BGA-1023

Sandy Bridge-M-2

2

3 MB

6

504 million

131 mm2

LGA 1155, rPGA988B, BGA-1224, BGA-1023

Ivy Bridge-H-2

2

4 MB

16

118 mm2[24]

Sandy Bridge-H-2

2

4 MB

12

624 million

149 mm2

Ivy Bridge-HE-4

4

8 MB

16

1.4 billion[25]

160 mm2[24]

Sandy Bridge-HE-4

4

8 MB

12

995 million[26]

216 mm2

Ivy Bridge-HM-4

4

6 MB[22]

6

133 mm2[24]

Sandy Bridge-EP-4

4

10 MB

N/A

1.27 billion[27]

294 mm2

LGA 2011

Sandy Bridge-EP-8

6∗/8

20 MB

N/A

2.27 billion[28]

435 mm2

 dalam tabel di atas terlihat dengan wadah yg lebih kecil  ivy bridge mampu menampung jumlah transistor yg lebih banyak.

 

oleh : xl labs medan