Hedre robert dennard, faren til dram

innhold

• Ære Robert Dennard, faren til DRAM
• Fra DRAM til MOSFET-skalering

Ikke alle har muligheten til å oppnå udødelighet fra en prestasjon i karrieren. Dr. Robert Dennard har hatt to sjanser - og på grunn av dem har teknologiverden blitt den juggernaut som den er i dag.

I tillegg til å utforme den underliggende prosessen for dynamisk tilfeldig tilgangshukommelse, bedre kjent som DRAM, foreslo Dennard også skaleringsteorien som har gjort det mulig å miniaturisere kanallengdene til metalloksid halvleder felteffekttransistorer, eller MOSFETs, ned til størrelser aldri før tenkt mulig - nå bare noen få nanometer.

For begge disse prestasjonene, som skjedde i løpet av det første tiåret av en karriere som har spredt seg over 50 år, ble Dennard utnevnt til Kyoto-prisvinneren 2013 i avansert teknologi i november, en ære som er ledsaget av en 20 karat gullmedalje, en kontantgave på 50 millioner yen (omtrent $ 500 000 dollar), og et vitnemål "som anerkjennelse for livslange bidrag til samfunnet." Men Dennard, som snakket med meg tidligere denne uken fra San Diego, hvor han ble innstilt og foreleser som en del av Kyoto-pris-symposiet, startet ikke med så høye ambisjoner.

Ingeniøringeniør

Etter å ha blitt født i Terrell, Texas, i 1932 og mottatt sin BS og MS i elektroteknikk fra Southern Methodist University på midten av 50-tallet, og sin doktorgrad i samme felt fra Carnegie Technical Institute (nå Carnegie Mellon University) i 1958, begynte han IBM som stabsingeniør i IBMs forskningsdivisjon, der han innrømmer at begynnelsen var ydmyk.

"Jeg lærte bare de grunnleggende prinsippene og fikk det som var en bred utdanning, men ikke veldig mye, " sa han. "Vakuumrør, det var det vi ble lært opp. Tingene vi ble lært ble bare erstattet helt. Det var en fantastisk overgang som jeg hadde muligheten til å være på den andre siden av."

Men det ble raskt klart at det var mange muligheter for folk som var i spissen for denne teknologien. "Vi begynte med en gang å drømme om hva datamaskiner kunne oppnå, " sa han. "Det var grunnen til at de ansatt oss. Datamaskiner hadde startet, men vi hadde akkurat kommet forbi vakuumrør - de aller første transistorinstrumentene ble designet. Det var denne nye tingen, tunneldioden eller Esaki-dioden, som hadde blitt oppfunnet. Vi forfulgte mange forskjellige alternativer med noen veldig rare alternativer, databehandling med mikrobølger. Men etter hvert fikk jeg muligheten til å komme inn på mikroelektronikkprogrammet og utvikle MOS-teknologien som skulle bli CMOS, som er den dominerende teknologien i dag."

Ramping opp DRAM

Først en kort oppsummering: Normalt kommer MOSFET-er i to forskjellige transistortyper, enten NMOS (n-kanal), som danner en ledende kanal og slår på transistoren når positiv spenning plasseres på portelektroden, eller PMOS (p-kanal)), som gjør det motsatte. I 1963 tilpasset Frank Wanlass fra Fairchild Semiconductor dette arbeidet til CMOS (komplementær MOS), en integrert kretsdesign som bruker begge typer transistorer for å danne en port som ikke bruker strøm i det hele tatt før transistorene bytter.

Selv om Wanlass fremskritt (han utviklet også de første kommersielle MOS-integrerte kretsløpene i 1963) til slutt skulle vise seg å være instrumental i Dennards omdefinerende systemminne, tok Dennard ikke en grei rute til det punktet. RAM, som fungerer som et midlertidig lagringsplass for data i beregningsprosessen, var i bruk på midten av 1960-tallet, men det var i et tungvint, strømhult system av ledninger og magneter som gjorde det vanskelig å bruke i de fleste applikasjoner. Da Dennard først stilte seg inn i problemet i desember 1966, tok det ikke lang tid før det endret seg.

"Jeg hadde mer bakgrunn innen magnetikk enn jeg gjorde i halvledere, " sa han. "Jeg hørte en snakk om hva magnetikkgutta prøvde å gjøre for å utvide teknologien. Disse karene skulle lage noen virkelig lave kostnadsfremstillinger på hele denne saken ved å gå til en laminert teknologi… Jeg ble overrasket over hvordan enkel denne tingen var, sammenlignet med de seks MOS-enhetene vi brukte for å gjøre det samme. Jeg fortsatte å tenke på den måten da jeg dro hjem den kvelden. Deres hadde et par ledninger, og våre hadde fire, fem eller kanskje seks ledninger som kobler tingene sammen. Er det en mer grunnleggende måte å gjøre det på?"

"En MOS-transistor er, i utgangspunktet, konserten som kondensator, " fortsatte Dennard. "Selve transistorens port kan lagre lading, og hvis du ikke får den til å lekke bort, kan den holde seg der i ganske lang tid." Derfor, hevdet Dennard, skal det være mulig å lagre binære data som enten en positiv eller negativ ladning på en kondensator. "Jeg utviklet egentlig den kvelden for en to- eller tre-transistor DRAM-celle. Men jeg var ikke fornøyd med å kutte fra seks transistorer til bare tre transistorer. Hvorfor kan jeg ikke gjøre noe enklere? Jeg ville ikke en gang å sette inn en tredje transistor."

"Jeg brukte et par måneder på å analysere dette, og hvordan det fungerer og prøve å finne ut av en bedre måte. Og en dag oppdaget jeg at jeg kunne skrive denne minnecellen gjennom denne første transistoren, som var veldig grunnleggende, inn i kondensatoren - men så kunne jeg slå på denne transistoren igjen og tømme den i den opprinnelige datalinjen den kom fra. Det var ikke mulig før, men det fungerte med MOS-transistorer. Jeg var fornøyd med det resultatet."