"Black Diamond" low-k technologie breekt door

Op Business Wire kunnen we lezen dat er ondertussen al meer dan 40 miljoen chips zijn gemaakt die gebruik maken van de "Black Diamond" low-k technologie van Applied Materials. De technologie wordt onder andere in de R360-core van ATi gebruikt die we op bijvoorbeeld de Radeon 9800 XT tegenkomen. Andere fabrikanten van chips, waaronder AMD, TSMC, Altera, Agere, ATi, LSI Logic, NEC en Toshiba gebruiken "Black Diamond" low-k technologie ook in hun productieproces. Dit was genoeg reden voor Applied Materials om 4 februari jongstleden een klein feestje te geven in San Francisco.

De "Black Diamond" low-k technologie houdt in dat er tussen de metalen verbindingen tussen de transistors op een chip een materiaal wordt aangebracht met een lagere diëlektrische constante dan siliciumdioxide. Dit wordt gedaan door het aanbrengen van een film die bestaat uit een low-k materiaal met de waarde 3. Hierdoor is de capaciteit tussen twee metalen geleiders lager en dat voorkomt overspraak. Minder overspraak betekent een betere signaalintegriteit en dat maakt het mogelijk om de spanning te verlagen. Transistors kunnen daardoor op een lager voltage werken en produceren daardoor minder warmte. Op VR-Zone is trouwens de roadmap van de technologie te vinden:

	Jaar		Naam		Proces		k-waarde
	2004		Black Diamond		90nm		3,0
	2007		Black Diamond II		65nm		2,2-2,4
	2010		Black Diamond III?		45nm		1,9?
	2013		Black Diamond IV?		32nm		1,9?

De oplettende Tweakers zal zich waarschijnlijk afvragen wat het verschil is tussen deze low-k technologie en de high-k technologie van bijvoorbeeld Intel. Zoals er net is uitgelegd, wordt low-k gebruikt als isolator tussen de metalen geleiders die de afzonderlijke transistors verbinden, zodat er minder overspraak is. High-k materiaal moet echter de isolator tussen de gate en het kanaal van een transistor vervangen. Door hiervoor een materiaal te gebruiken met een hogere diëlektrische waarde dan siliciumoxide wordt er bereikt dat de gate minder stroom lekt richting het kanaal, waardoor er minder stroom nodig is om de gate te laten schakelen, wat weer een gunstig effect heeft op de schakelsnelheid van de transistor.

Reacties (12)

[HCMarX]

Creepje zei:
45nm pas in 2010? Zou je niet zeggen dat we het al veel eerder bereiken met de huidige gang van zaken??

Het is niet echt een opportunistische berekening, maar aan de andere kant heeft het ook al een hele tijd geduurd voordat er chips kwamen op 90nm. Er wordt al jaren over gepraat, maar de werkelijke toepassing zien we nu pas (langzamerhand) terug. Er zijn veel problemen geweest met lekstroom bijvoorbeeld.
En die lekstroom wordt weer minder bij de toepassing van High-K-materiaal. En dat komt ook de temperatuur weer ten goede. Maar dat zou ook voor Low-K-materiaal gelden dus blijft het vrij lastig om te bepalen wat er nu het beste is.

ATI gebruikt de techniek ook in haar Mobiele kaarten (in haar Mobile 9700):

...The addition of low-k extends the company's lead in notebook graphics innovation, providing key enhancements to enable the industry's highest mobile clock speeds while reducing power consumption...

Totale artikel op Hardware.Info
De technologie is waarschijnlijk nog niet zo heel veel toegepast, want vooral nieuws over de Mobiele 9700 wordt gevonden op Google. Er is ook bijbehorende stroomverbruikinformatie te vinden.
ExtremTech over Low-K Materials in the Mobility 9700

[elteck]

High-k materiaal moet echter de isolator tussen de
gate en het kanaal van een transistor vervangen.
Door hiervoor een materiaal te gebruiken met een
hogere diëlektrische waarde dan siliciumoxide wordt er bereikt dat de gate minder stroom lekt richting het kanaal, waardoor er minder stroom nodig is om de gate te laten schakelen, wat weer een gunstig effect heeft op de schakelsnelheid van de transistor.

Dat is niet helemaal juist. Door de hoge k waarde kan een dikkere laag tussen de gate en het kanaal worden toegepast. Die extra dikte maakt de isolatie beter en dus de lekstroom (tunnel effect) tussen gate en kanaal kleiner. Belangrijker is nog dat de extra capaciteit door de hoge k waarde het verschil tussen aan en uit van de transistor vergroot. Dat betekent sneller schakelen en kleinere statische lekstromen (dus minder warmte produktie).

Lekstroom heeft geen direkte invloed op schakel snelheid, wel op warmte produktie en betrouwbaarheid.

[Verwijderd]

Die roadmap is niet geheel correct denk ik.

Aangezien sony met hun PS3-Cell chip met Toshiba in zee gegaan zijn (alsook met hun vorige chips) en deze chips op 65nm gebakken worden, denk ik dat hun 65nm process wel eens 2005/2006 kan zijn, aangezien de PS3 in 2006 in massaproduktie komt.

Afgezien van die roadmap, kunnen we vrij zeker zijn dat Applied Materials nu al de 65nm techniek in samples aan het gebruiken is, aangezien er al een paar test-samples vd PS3 gemaakt zijn.

[familyman]

Begrijp ik het goed als low-k en high-k dan in feite tegelijk toegepast kunnen worden (theoretisch, althans)

[Ralph Smeets]

Dat begrijp je goed high-k om de gate van de transistor mee te maken en low-k als isolatie materiaal tussen de metal-layers.

[Verwijderd]

45nm pas in 2010? Zou je niet zeggen dat we het al veel eerder bereiken met de huidige gang van zaken??

[Olaf van der Spek]

Welke gang van zaken?
We beginnen net met 90 nm en dat gaat volgens mij niet bijzonder makkelijk.

[Yoshi]

klopt niet wat je daar zegt. ik meen mij te herinneren dat er al 60 nanometer productiemethodes bestaan en zelfs nog lager. alleen niet in de computerindustrie

[Verwijderd]

Is een ander voordeel van Black Diamond niet dat de prestaties beter worden omdat signalen als het ware niet met elkaar botsen?

Zoiets stond geloof ik bij theinquirer.

[Dragunov]

de low-k is gebruikt op de 9600xt, niet op de 9800xt

[eMKa]

Materiaals?

Leuke info btw, wist dit nog niet.