Когато става дума за нови технологични процеси, винаги транзисторите са ключови елементи, които определят производителността и консумацията на енергия на чиповете. В същото време всеки елемент на чипа е важен по свой собствен начин и може да се счита за ключов.

Днес Intel се похвали с разработването на ново поколение кондензатори – ключови елементи за стабилната производителност и мощност на чиповете. Подобно на транзисторите, те също се нуждаят от мащабиране за нови технологични процеси.

Според разработчиците от Intel Foundry, подразделението за производство на чипове по договор, следващото поколение интегрирани кондензатори могат да се считат за значителен пробив в технологиите за разпределение на енергията за чиповете в ерата на изкуствения интелект. Става дума за разработването на ново поколение MIM (метал-изолатор-метал) кондензатори, които могат радикално да подобрят стабилността на захранването в настоящите и бъдещите процесори. Според публикация в блога Intel Community тези кондензатори предлагат почти три пъти по-голяма плътност на капацитета от съществуващите решения, без да усложняват производствения процес.

С миниатюризирането на транзисторите и увеличаването на консумацията на енергия от AI и HPC чиповете проблемът със стабилното захранване става все по-остър. Внезапните скокове на натоварването предизвикват провисване на напрежението, а милиардите транзистори в един процесор могат да превключват едновременно и всеки от тях „казва: дай ток“. В схемите също така се появява шум и всичко това води до намаляване на ефективността. Традиционно разделващите кондензатори решават този проблем, като действат като локализирани „резервоари за заряд“: те незабавно отдават ток при върхово потребление и абсорбират излишъка, когато натоварването спадне.

Новите MIM материали, въведени от Intel осигуряват плътност на капацитета от 60-98 fF/µm² (в зависимост от избора на компонента), което е три или повече пъти повече от текущата ефективност, като същевременно поддържат изключително ниски нива на утечки – три порядъка под индустриалните изисквания.

В работата, представена по-рано на конференцията IEDM 2025, Intel идентифицира три обещаващи материала за MIM структури: фероелектричен хафниево-циркониев оксид (HZO), титанов диоксид (TiO₂) и стронциев титанат (STO). Тези материали се интегрират в стандартни „траншейни“ структури на обратната страна на кристала, което прави технологията съвместима със съществуващите процеси. Външно това прилича на цилиндър с пръчка вътре, като между тях е поставен диелектричен материал. Тази структура на кондензатора на практика представлява еднослоен кондензатор, което опростява производството. Понастоящем Intel използва технологията за производство на кондензатори Omni MIM, която е илюстрирана на снимката по-горе.

С новите материали Intel Foundry очаква да подобри значително производителността на ват на чиповете за центрове за данни, мобилни устройства и ускорители на изкуствен интелект, където изискванията за мощност и плътност на транзисторите нарастват експоненциално. Всеки от трите материала представлява първото мащабно използване на сегноелектрици като диелектрични материали. Тези материали променят стойностите на капацитета под въздействието на външно поле, като същевременно запазват стабилността на определените параметри.

Подобрените диелектрични свойства на новите материали позволяват на кондензаторите да останат стабилни при нагряване до 90°C в продължение на до 400 000 секунди, като стабилизират захранването на транзисторите и самия чип. Прогнозите обещават 10 години непрекъсната работа без електрически срив, дори при постоянно пренапрежение, което ще се хареса на овърклокърите.

Всеки от трите материала ще намери своята ниша: HZO представлява практичен вариант за краткосрочен период – с добра надеждност и лесна интеграция. TiO₂ е следващата стъпка напред, предлагайки по-висок капацитет и изключителна способност за високо напрежение. Oт друга страна, STO предлага максимална плътност на капацитета и е предназначен за приложения, които дават приоритет на постигането на възможно най-голям капацитет.

В нова фаза Intel ще разработи технологични процеси, които ще помогнат за вграждането на производството на MIM кондензатори с новите материали в съществуващите процеси. Можете да прочетете малко повече за това в блога на Intel Foundry.