Ære Robert dennard, dramens far

Indhold

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

Ikke alle har mulighed for at opnå udødelighed fra en præstation i deres karriere. Dr. Robert Dennard har haft to chancer - og på grund af dem er teknologiverdenen blevet den juggernaut, den er i dag.

Ud over at udtænke den underliggende proces til dynamisk tilfældig adgangshukommelse, bedre kendt som DRAM, foreslog Dennard også den skaleringsteori, der har gjort det muligt at miniaturisere kanallængderne på metaloxid-halvleder-felteffekttransistorer, eller MOSFET'er, ned til størrelser aldrig før tænkt muligt - nu bare et par nanometer.

For begge disse resultater, der fandt sted inden for det første årti af en karriere, der har spændt omkring 50 år, blev Dennard udnævnt til 2013 Kyoto-prismodtager i avanceret teknologi i sidste uge, en ære, der ledsages af en guldmedalje på 20 karat, en kontant gave på 50 millioner yen (ca. $ 500.000) og et eksamensbevis "som anerkendelse af livslange bidrag til samfundet." Men Dennard, som talte med mig tidligere i denne uge fra San Diego, hvor han blev feteret og holdt forelæsninger som en del af Kyoto-prisens symposium, startede ikke med så høje forhåbninger.

Ingeniøringeniør

Efter at han blev født i Terrell, Texas, i 1932 og modtaget sin BS og MS i elektroteknik fra det sydlige metodistuniversitet i midten af ​​50'erne, og hans ph.d. i det samme felt fra Carnegie Technical Institute (nu Carnegie Mellon University) i 1958, tiltrådte han IBM som stabsingeniør i IBMs forskningsafdeling, hvor han indrømmer, at hans begyndelse var ydmyg.

”Jeg lærte bare de grundlæggende principper og fik, hvad der var en bred uddannelse, men ikke meget, ” sagde han. "Vakuumrør, det var det, vi blev undervist. De ting, vi blev undervist, blev bare helt udskiftet. Det var en vidunderlig overgang, som jeg havde mulighed for at være på den anden side af."

Men det blev hurtigt klart, at der var masser af muligheder for mennesker, der var på forkant med denne teknologi. ”Vi startede med det samme og drømte om, hvad computere kunne udrette, ” sagde han. "Derfor har de ansat os. Computere var startet, men vi var lige kommet forbi vakuumrør - de allerførste transistorinstrumenter blev designet. Der var denne nye ting, tunneldioden eller Esaki-dioden, der var opfundet. Vi forfulgte en masse forskellige alternativer med nogle virkelig underlige, computere med mikrobølger. Men til sidst fik jeg muligheden for at komme ind i mikroelektronikprogrammet og udvikle den MOS-teknologi, der skulle blive CMOS, som er den dominerende teknologi i dag."

Ramping Up DRAM

Først en kort sammenfattning: Normalt kommer MOSFET'er i to forskellige transistortyper, enten NMOS (n-kanal), som danner en ledende kanal og tænder transistoren, når positiv spænding placeres på gateelektroden, eller PMOS (p-kanal)), der gør det modsatte. I 1963 tilpassede Frank Wanlass fra Fairchild Semiconductor dette arbejde til CMOS (komplementær MOS), et integreret kredsløbsdesign, der bruger begge typer transistorer til at danne en gate, der overhovedet ikke bruger strøm, før transistorerne skifter.

Selvom Wanlass's fremskridt (han udviklede også de første kommercielle MOS-integrerede kredsløb i 1963) til sidst skulle vise sig at være instrumentel i Dennards omdefinerende systemhukommelse, tog Dennard ikke en ligefrem rute til dette punkt. RAM, der tjener som en midlertidig opbevaringsplads for data i beregningsprocessen, var i brug i midten af ​​1960'erne, men det var i et besværligt, magt-sulten system med ledninger og magneter, der gjorde det vanskeligt at bruge i de fleste applikationer. Da Dennard først satte sig ind i problemet i december 1966, tog det ikke lang tid, før det skiftede.

”Jeg havde mere baggrund inden for magnetik end jeg gjorde i halvledere, ” sagde han. "Jeg hørte en tale om, hvad magnetikerne forsøgte at gøre for at udvide teknologien. Disse fyre skulle lave noget rigtig lavprosproduktion på hele denne ting ved at gå til en lamineret teknologi… Jeg var forbløffet over, hvordan enkel denne ting var sammenlignet med de seks MOS-enheder, vi brugte til at gøre den samme ting. Jeg fortsatte med at tænke på den måde, da jeg gik hjem den aften. Deres havde et par ledninger, og vores havde fire, fem eller måske seks ledninger, der forbinder tingene sammen. Er der en mere grundlæggende måde at gøre det på?"

"En MOS-transistor er grundlæggende dens optræden som en kondensator, " fortsatte Dennard. "Transistorens gate kan gemme ladning, og hvis du ikke får den til at lækker væk, kan den forblive der i lang tid." Derfor, begrundede Dennard, skulle det være muligt at gemme binære data som enten en positiv eller negativ ladning på en kondensator. "I det væsentlige udviklede jeg den aften til en to- eller tre-transistor DRAM-celle. Men jeg var ikke tilfreds med at skære fra seks transistorer til blot tre transistorer. Hvorfor kan jeg ikke få noget enklere? Jeg ville ikke engang have ønsket at lægge i en tredje transistor."

"Jeg brugte et par måneder på at analysere dette, og hvordan det fungerer og forsøge at finde ud af en bedre måde. Og en dag opdagede jeg, at jeg kunne skrive denne hukommelsescelle gennem denne første transistor, der var virkelig grundlæggende, ind i kondensatoren - men så kunne jeg tænde denne transistor igen og lade den ud i den originale datalinje, den kom fra. Det var ikke muligt før, men det fungerede med MOS-transistorer. Jeg var tilfreds med det resultat."