Menghormati robert dennard, bapa dram

Kandungan

• Menghormati Robert Dennard, Bapa DRAM
• Dari DRAM ke MOSFET Scaling

Bukan semua orang mempunyai peluang untuk mencapai keabadian dari satu pencapaian dalam kerjayanya. Dr. Robert Dennard mempunyai dua peluang-dan kerana mereka, dunia teknologi telah menjadi juggernaut yang hari ini.

Di samping mencipta proses mendasar untuk ingatan akses rawak dinamik, lebih dikenali sebagai DRAM, Dennard juga mencadangkan teori penskalaan yang telah memungkinkan untuk mereaturkan panjang saluran transistor kesan medan semikonduktor logam, atau MOSFET, hingga saiz tidak pernah sebelum berfikir mungkin-kini hanya beberapa nanometer.

Bagi kedua-dua pencapaian ini, yang berlaku dalam dekad pertama kerjayanya yang telah merangkumi sekitar 50 tahun, Dennard dinobatkan sebagai Hadiah Kyoto Kyoto pada Teknologi Lanjutan pada November lalu, satu penghormatan yang disertai dengan pingat emas 20 karat, hadiah tunai sebanyak 50 juta yen (kira-kira $ 500, 000), dan diploma "sebagai pengiktirafan sumbangan seumur hidup kepada masyarakat." Tetapi Dennard, yang bercakap dengan saya pada awal minggu ini dari San Diego, di mana beliau dipertaruhkan dan memberi kuliah sebagai sebahagian daripada Simposium Hadiah Kyoto, tidak bermula dengan aspirasi yang begitu tinggi.

Kejuruteraan Jurutera

Selepas dilahirkan di Terrell, Texas, pada tahun 1932 dan menerima BS dan MS dalam Kejuruteraan Elektrik dari Southern Methodist University pada pertengahan tahun 50an, dan PhDnya dalam bidang yang sama dari Carnegie Technical Institute (sekarang Carnegie Mellon University) pada tahun 1958, beliau menyertai IBM sebagai jurutera kakitangan di Bahagian Penyelidikan IBM, di mana, dia mengakui, permulaannya adalah rendah hati.

"Saya hanya mempelajari prinsip asas dan mendapat pendidikan yang luas, tetapi tidak banyak, " katanya. "Tiub vakum, itulah yang kami diajar, perkara-perkara yang kami ajar hanya digantikan sepenuhnya. Ia adalah satu peralihan yang hebat yang saya mempunyai peluang untuk berada di seberang."

Tetapi dengan cepat menjadi jelas terdapat banyak peluang bagi orang-orang yang berada di barisan hadapan teknologi ini. "Kami mula bermimpi tentang apa yang boleh dicapai oleh komputer, " katanya. "Itulah sebabnya mereka mengupah kami. Komputer telah bermula, tapi kami baru saja mendapat tiub vakum yang lalu-instrumen transistor yang pertama sedang direka. Ada perkara baru ini, diod terowong, atau dioda Esaki, yang telah dicipta. Kami meneruskan banyak alternatif yang berbeza dengan beberapa yang benar-benar pelik, dikira dengan gelombang mikro. Tetapi akhirnya saya mendapat peluang untuk masuk ke program mikroelektronik dan membangunkan teknologi MOS yang menjadi CMOS, yang merupakan teknologi dominan hari ini."

Ramping Up DRAM

Pertama, rekap ringkas: Biasanya, MOSFETs datang dalam dua jenis transistor yang berbeza, sama ada NMOS (n-saluran), yang membentuk saluran yang mengalir dan menghidupkan transistor apabila voltan positif diletakkan pada elektrod pintu atau PMOS (saluran p), yang sebaliknya. Pada tahun 1963, Frank Wanlass dari Fairchild Semiconductor menyesuaikan kerja ini ke dalam CMOS (pelengkap MOS), satu reka bentuk litar bersepadu yang menggunakan kedua-dua jenis transistor untuk membentuk pintu yang tidak menggunakan kuasa sama sekali sehingga suis transistor.

Walaupun kemajuan Wanlass (beliau juga membangunkan litar bersepadu MOS komersil pertama pada tahun 1963) akhirnya akan memainkan peranan penting dalam memori sistem semula Dennard, Dennard tidak mengambil laluan terus ke titik itu. RAM, yang berfungsi sebagai ruang pegangan sementara untuk data dalam proses pengiraan, telah digunakan pada pertengahan 1960-an, tetapi ia adalah dalam sistem kabel dan magnet yang rumit, yang menjadikannya sukar digunakan dalam kebanyakan aplikasi. Apabila Dennard memikirkan masalahnya pada bulan Disember 1966, ia tidak mengambil masa lama untuk berubah.

"Saya mempunyai lebih banyak latar belakang dalam magnet daripada yang saya lakukan dalam semikonduktor, " katanya. "Saya mendengar ceramah mengenai apa yang cuba dilakukan oleh orang-orang magnet untuk memperluaskan teknologi. Orang-orang ini akan melakukan fabrikasi yang sangat murah pada perkara ini dengan pergi ke teknologi yang dilaminasi… Saya terkejut dengan bagaimana lebih mudah daripada ini, berbanding dengan peranti enam MOS yang kami gunakan untuk melakukan perkara yang sama. Saya terus berfikir seperti itu ketika saya pulang ke rumah petang itu. Mereka mempunyai beberapa wayar dan kami mempunyai empat, lima, atau mungkin enam wayar yang menghubungkan barangan itu bersama-sama. Adakah cara yang lebih asas untuk melakukannya?"

"Transistor MOS pada dasarnya memantapkannya sebagai kapasitor, " kata Dennard. "Pintu transistor itu sendiri boleh menyimpan caj, dan jika anda tidak menyebabkannya bocor, ia boleh tinggal di sana untuk masa yang lama." Oleh itu, Dennard berkata, adalah mustahil untuk menyimpan data binari sama ada positif atau caj negatif pada kapasitor. "Saya pada dasarnya pada malam itu mengembangkan sel DRAM dua atau tiga transistor tetapi saya tidak senang memotong enam transistor kepada tiga transistor, kenapa saya tidak boleh mendapatkan sesuatu yang lebih mudah? untuk dimasukkan ke dalam transistor ketiga."

"Saya menghabiskan beberapa bulan dengan benar-benar menganalisis perkara ini, dan bagaimana ia berfungsi dan cuba mencari cara yang lebih baik. Dan pada suatu hari saya dapati saya dapat menulis sel memori ini melalui transistor pertama ini, yang benar-benar asas, ke dalam kapasitor tetapi maka saya boleh menukar transistor ini sekali lagi dan melepaskannya ke dalam garisan data asal yang datang dari itu. Itu tidak mungkin sebelum ini, tetapi ia bekerja dengan transistor MOS, saya gembira dengan hasil itu."