Menghormati rennt dennard, bapak dram

Isi

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

Tidak semua orang memiliki kesempatan untuk mencapai keabadian dari satu pencapaian dalam karier mereka. Robert Dennard memiliki dua peluang - dan karena itu, dunia teknologi telah menjadi raksasa seperti sekarang ini.

Selain merancang proses yang mendasari untuk memori akses acak dinamis, lebih dikenal sebagai DRAM, Dennard juga mengusulkan teori penskalaan yang memungkinkan untuk miniatur panjang saluran transistor efek medan semikonduktor oksida logam, atau MOSFET, hingga ukuran tidak pernah sebelumnya mungkin - sekarang hanya beberapa nanometer.

Untuk kedua pencapaian ini, yang terjadi dalam sekitar dekade pertama karir yang telah berlangsung sekitar 50 tahun, Dennard dinobatkan sebagai Peraih Hadiah Kyoto 2013 dalam Teknologi Canggih November lalu, suatu kehormatan yang disertai dengan medali emas 20 karat, hadiah uang tunai 50 juta yen (sekitar $ 500.000), dan diploma "sebagai pengakuan atas kontribusi seumur hidup kepada masyarakat." Tetapi Dennard, yang berbicara dengan saya awal pekan ini dari San Diego, tempat ia dipandu dan mengajar sebagai bagian dari Simposium Hadiah Kyoto, tidak memulai dengan aspirasi yang begitu tinggi.

Rekayasa Insinyur

Setelah dilahirkan di Terrell, Texas, pada tahun 1932 dan menerima gelar BS dan MS di bidang Teknik Listrik dari Southern Methodist University pada pertengahan 50-an, dan gelar PhD di bidang yang sama dari Carnegie Technical Institute (sekarang Carnegie Mellon University) pada tahun 1958, ia bergabung IBM sebagai staf insinyur di Divisi Riset IBM, di mana, dia mengakui, permulaannya sederhana.

"Saya baru belajar prinsip-prinsip dasar dan mendapatkan pendidikan yang luas, tetapi tidak terlalu banyak, " katanya. "Tabung hampa udara, itulah yang diajarkan kepada kita. Hal-hal yang diajarkan kepada kita hanya diganti secara total. Itu adalah transisi yang luar biasa ketika aku memiliki kesempatan untuk berada di sisi lain."

Tapi dengan cepat menjadi jelas ada banyak peluang bagi orang-orang yang berada di garis depan teknologi ini. "Kami mulai bermimpi tentang apa yang bisa dicapai komputer, " katanya. "Itu sebabnya mereka mempekerjakan kita. Komputer sudah mulai, tetapi kita baru saja melewati tabung vakum - instrumen transistor pertama sedang dirancang. Ada hal baru ini, dioda terowongan, atau dioda Esaki, yang telah ditemukan. Kami mengejar banyak alternatif berbeda dengan beberapa yang sangat aneh, komputasi dengan gelombang mikro. Tetapi akhirnya saya mendapat kesempatan untuk masuk ke program mikroelektronika dan mengembangkan teknologi MOS yang kemudian menjadi CMOS, yang merupakan teknologi dominan saat ini."

MENINGKATKAN DRAM

Pertama, rekap singkat: Biasanya, MOSFET datang dalam dua jenis transistor yang berbeda, baik NMOS (n-channel), yang membentuk saluran penghantar dan menyalakan transistor ketika tegangan positif ditempatkan pada elektroda gerbang, atau PMOS (p-channel)), yang melakukan yang sebaliknya. Pada tahun 1963, Frank Wanlass dari Fairchild Semiconductor mengadaptasi karya ini ke dalam CMOS (MOS komplementer), desain sirkuit terintegrasi yang menggunakan kedua jenis transistor untuk membentuk gerbang yang tidak menggunakan daya sama sekali hingga transistor beralih.

Meskipun kemajuan Wanlass (ia juga mengembangkan sirkuit terintegrasi MOS komersial pertama pada tahun 1963) pada akhirnya akan terbukti berperan dalam memori sistem pendefinisian ulang Dennard, Dennard tidak mengambil rute langsung ke titik itu. RAM, yang berfungsi sebagai ruang penyimpanan sementara untuk data dalam proses komputasi, digunakan pada pertengahan 1960-an, tetapi itu adalah sistem kabel dan magnet yang haus daya dan haus daya yang membuatnya sulit digunakan di sebagian besar aplikasi. Begitu Dennard mengarahkan pikirannya pada masalah pada Desember 1966, tidak butuh waktu lama untuk itu berubah.

"Saya memiliki lebih banyak latar belakang magnet daripada di semikonduktor, " katanya. "Saya mendengar ceramah tentang apa yang para magnetis coba lakukan untuk memperluas teknologi. Orang-orang ini akan melakukan beberapa fabrikasi yang benar-benar murah untuk semua ini dengan pergi ke teknologi laminasi… Saya kagum dengan bagaimana sederhana hal ini, dibandingkan dengan enam-MOS perangkat yang kami gunakan untuk melakukan hal yang sama. Saya terus berpikir seperti itu ketika saya pulang ke rumah malam itu. Mereka memiliki beberapa kabel dan kami memiliki empat, lima, atau mungkin enam kabel yang menghubungkan barang-barang bersama. Apakah ada cara yang lebih mendasar untuk melakukannya?"

"Transistor MOS pada dasarnya adalah pertunjukannya sebagai kapasitor, " lanjut Dennard. "Gerbang dari transistor itu sendiri dapat menyimpan muatan, dan jika kamu tidak menyebabkannya bocor, itu bisa tinggal di sana untuk waktu yang cukup lama." Oleh karena itu, Dennard beralasan, mungkin untuk menyimpan data biner sebagai muatan positif atau negatif pada kapasitor. "Saya pada dasarnya pada malam itu mengembangkan sel DRAM dua atau tiga transistor. Tapi saya tidak senang memotong dari enam transistor menjadi hanya tiga transistor. Mengapa saya tidak bisa mendapatkan sesuatu yang lebih sederhana? Saya bahkan tidak ingin untuk memasukkan transistor ketiga."

"Saya menghabiskan beberapa bulan benar-benar menganalisis ini, dan bagaimana cara kerjanya dan mencoba mencari cara yang lebih baik. Dan suatu hari saya menemukan saya bisa menulis sel memori ini melalui transistor pertama ini, yang benar-benar dasar, ke dalam kapasitor - tetapi maka saya bisa menyalakan transistor ini lagi dan mengeluarkannya ke dalam jalur data asli dari mana itu berasal. Itu tidak mungkin sebelumnya, tetapi itu bekerja dengan transistor MOS. Saya senang dengan hasil itu."