ย่องเงียบๆ มาพิชิตประหยัดพลังงาน

รูปภาพ: Gary Huston

6 มิถุนายน 2554 - ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ 3 มิติกำลังเป็นประเด็นร้อนแรง บริษัท SuVolta ประกาศ จะมาพร้อมกับผู้ท้าชิง บริษัทในแคลิฟฟอร์เนียแห่งนี้ได้เริ่มโครงการอย่างลับๆจนกระทั่งวันนี้ เมื่อบริษัทประกาศถึงรูปแบบใหม่ของทรานซิสเตอร์ที่ชื่อว่า "PowerShrink" ซึ่งปรับเปลี่ยนวิธีการออกแบบของทรานซิสเตอร์แบบระนาบ (Planar Transistor) (ทรานซิสเตอร์ในปัจจุบัน) เพื่อลดการใช้พลังงาน

Suvolta กล่าวว่า การออกแบบใหม่นี้จะเป็นทางเลือกในอุดมคติของโทรศัพท์มือถือ, table ,และอุปกรณ์เคลื่อนที่ทั้งหลาย ซึ่งไม่เหมือนกับการออกแบบทั้ง 2 ที่กำลังเป็นที่จับตามองอยู่ในปัจจุบัน นั่นคือ 3D และ Silicon on Insulator (SOI) บริษัทกล่าวว่า วิธีการออกแบบของบริษัทนั้นมีเพียงการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ ในขั้นตอนการผลิตเท่านั้น

"ในช่วงเวลา 15 ปีที่ผ่านมา ผู้คนต่างพูดกันถึง FinFET และ SOI" Scott Thompson หัวหน้าฝ่ายเทคนิคของ SuVolta กล่าว "เรากำลังชี้ให้เห็นตัวเลือกที่ 3 ผมคิดว่าอะไรก็ตามที่ให้ความสำคัญกับต้นทุนและพลังงานเป็นหลัก SuVolta จะเป็นผู้ชนะเหนือ 2 เทคโนโลยีนั้น"

บริษัท SuVolta ต่างจาก Intel ที่บริษัทไม่ได้ผลิตทรานซิสเตอร์เอง แต่บริษัทหวังที่จะได้ปล่อยการออกแบบใหม่นี้ไปยัง third parties ลูกค้าแรกของบริษัทคือ Fujitsu ซึ่งคาดหวังจะใช้การออกแบบนี้ในชิปเทคโนโลยี 65 nm ในปีหน้า (ขณะนี้ Intel ได้เริ่มต้นการผลิตทรานซิสเตอร์เทคโนโลยี 22 nm แล้ว)

SuVolta ได้บอกว่า ทรานซิสเตอร์ของทางบริษัทใช้พลังงานเพียงครึ่งหนึ่ง เมื่อทำงานที่ความเร็วเท่ากัน เทียบกับทรานซิสเตอร์แบบระนาบทั่วไป แต่มันยังเป็นที่ไม่ชัดเจนว่ามีการทดลองการอย่างไร Thmopson บอกว่่า กระบวนการผลิตของบริษัทจะดัดแปลง channel ของทรานซิสเตอร์ เพื่อจะวาง layer ที่ไม่มีการเจือสาร dopants (สารที่ใช้ในการเปลี่ยนคุณสมบัติทางไฟฟ้า) ข้างบน ในส่วนของ layer ชั้นอื่นๆ จะเจือสาร dopants ซึ่งถูกจัดควบคุมการเจือระดับใกล้เคียงอะตอม (near atomic-level control)

ถ้าจำนวนและตำแหน่งการจัดวางของ dopants สามารถควบคุมได้ ก็สามารถลดการการเปลี่ยนแปลงที่เกิดกับคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์ลงได้ หนึ่งในนั้นคือ Threshold Voltage (ความต่างศักย์ขั้นต่ำที่ทำให้ทรานซิสเตอร์เริ่มนำกระแสผ่าน channel)

แน่นอนว่า SuVolta ได้รายงานถึง บริษัทได้ลดความแปรปรวนของ Threshold Voltage นี้ลงได้ครึ่งหนึ่ง ซึ่งนั่นลดปริมาณพลังงานที่ทรานซิสเตอร์ต้องใช้ในการ switching

"พวกเขากำลังทำให้คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์นั้นแม่นยำมากขึ้น" Tom Halfhill นักวิเคราะห์จาก Linley Group ที่ฟังการบรรยายจาก SuVolta กล่าว แต่การประเมินวิธีการของ SuVolta อย่างเต็มรูปแบบนั้นยังคงต้องรอไปก่อน "เราไม่รู้เลยว่า วัสดุอะไรที่ถูกเปลี่ยนไปบ้าง หรือพวกเขาเปลี่ยนมันได้อย่างไร พวกเขาบอกแต่เพียงผลที่ได้ออกมาเท่านั้น"

ในขณะนี้ จากสิ่งที่เรารู้ Halfhill บอกว่า เทคโนโลยีนี้ดูน่าเชื่อถือ เขาประเมินว่ามันสามารถท้าชนกับบริษัทอย่าง Intel ได้ใน 4 ปี ก่อนที่ Intel จะสามารถเริ่มการผลิต FinFET แบบ mass production ได้ วิธีของ SuVolta สามารถช่วยลดระยะห่างทางประสิทธิภาพลง ในขณะที่บริษัทต่างๆ ไล่ตามขึ้นมา

แต่การออกแบบของ SuVolta นั้นจะสามารถแข่งกับ FinFETs และ SOIs หรือไม่ โดยเฉพาะเรื่องของขนาดของทรานซิสเตอร์ที่เล็กที่สุด SuVolta คาดหวังว่าเทคโนโลยีนี้จะสามารถเป็นประโยชน์จนกระทั่งทรานซิสเตอร์ถูกย่อลงถึง 14 nm

"วิธีการออกแบบนี้ สามารถทำให้ทรานซิสเตอร์ 65 nm ของ SuVolta มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับทรานซิสเตอร์ขนาด 45 nm ได้" Dean Freeman นักวิเคราะห์จาก Gartner กล่าว แต่จากข้อมูลที่ SuVolta ได้เผยแพร่ออกมา มันยังเป็นที่ไม่ชัดเจนว่า ทรานซิสเตอร์ที่ 14 nm จะให้ผลลัพธ์เหมือนกับที่ 65 nm หรือไม่

และแม้ว่าการออกแบบของ SuVolta จะไม่สามารถใช้ได้เมื่อถูกย่อขนาดลง แต่มันก็ยังสามารถยืดอายุการใช้งานของทรานซิสเตอร์ตัวใหญ่ๆ ซึ่งยังเป็นที่ใช้กันอยู่เป็นจำนวนมากออกไปได้ ไม่ว่าจะเปิดตัวอย่างไร มันจะขึ้นอยู่กับผลตอบแทนที่ได้จาก PowerShrink นั้น ได้มากกว่าการลดขนาดทรานซิสเตอร์ลงเพื่อให้ใส่ลงไปในชิปได้มากขึ้นซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีลดต้นทุนการผลิตหรือไม่ "บริษัทต่างๆ จำเป็นต้องวิเคราะห์ถึงผลประโยชน์ที่ได้ จากการปรับปรุงเรื่องการประหยัดพลังงานกับต้นทุนในการออกแบบใหม่ หรือการลดขนาดจะคุ้มค่ามากกว่ากัน" Freeman กล่าว

คำถามนี้ทำให้ยากที่จะคาดเดาว่าการออกแบบของ SuVolta จะได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายหรือไม่ แม้ว่าการจับอันดับของ SuVolta จะรวม Intel และ Silicon Valley Venture Capital Veterans อยู่ด้วย "ความท้าทายของบริษัทนี้เป็นที่น่ากลัวเหมือนกับบริษัทอื่นๆ ในกลุ่มเดียวกัน" เขียนไว้ใน EETimes "บริษัทจะต้องคิดค้นโมเดลทางธุรกิจที่เพ่งความสำคัญไปที่การขายทรัพย์สินทางปัญญาเพื่อนำไปผลิต ซึ่งเป็นรูปแบบใหม่ของการขายที่คุ้นเคยมากกว่าการซื้ออุปกรณ์สำเร็จ"

Source: http://spectrum.ieee.org/tech-talk/semiconductors/design/stealth-startup-takes-aim-at-chip-power-consumption