Hedra Robert dennard, dramens far

Innehåll

• Att hedra Robert Dennard, faren till DRAM
• Från DRAM till MOSFET-skalning

Inte alla har möjlighet att uppnå odödlighet från en prestation i sin karriär. Dr Robert Dennard har haft två chanser - och på grund av dem har teknikvärlden blivit den juggernaut som den är idag.

Förutom att utforma den underliggande processen för dynamiskt slumpmässigt åtkomstminne, bättre känd som DRAM, föreslog Dennard också skalningsteorin som har gjort det möjligt att miniatyrisera kanallängderna för metalloxid halvledarfält-effekt-transistorer, eller MOSFET, till storlekar aldrig innan man trodde det var möjligt - nu bara några nanometer.

För båda dessa prestationer, som inträffade inom ungefär det första decenniet av en karriär som har sträckt sig över 50 år, utsågs Dennard till Kyoto-prisvinnaren 2013 i avancerad teknik den senaste november, en ära som åtföljs av en 20-karats guldmedalj, en kontantgåva på 50 miljoner yen (ungefär 500 000 dollar) och ett examensbevis "i erkännande av livslånga bidrag till samhället." Men Dennard, som talade med mig tidigare den här veckan från San Diego, där han blev feterad och föreläste som en del av Kyoto-prisens symposium, började inte med så höga ambitioner.

Ingenjörstekniker

Efter att han föddes i Terrell, Texas, 1932 och fick sin kandidatexamen i elektroteknik från Southern Methodist University i mitten av 50-talet, och sin doktorsexamen i samma område från Carnegie Technical Institute (nu Carnegie Mellon University) 1958, anslöt han sig till IBM som personalingenjör i IBMs forskningsavdelning, där han medger att hans början var ödmjuk.

"Jag lärde mig bara de grundläggande principerna och fick vad som var en bred utbildning, men inte så mycket, " sade han. "Vakuumrör, det var vad vi lärde ut. De saker vi lärde var bara helt byta ut. Det var en underbar övergång som jag hade möjlighet att vara på andra sidan."

Men det blev snabbt klart att det fanns massor av möjligheter för människor som stod i spetsen för denna teknik. "Vi började direkt drömma om vad datorer kunde åstadkomma, " sade han. "Det var därför de anlitade oss. Datorer hade börjat, men vi hade precis kommit förbi vakuumrör - de allra första transistorinstrumenten designades. Det var den här nya saken, tunneldioden eller Esaki-dioden, som hade uppfunnits. Vi strävade efter många olika alternativ med några riktigt konstiga, beräkningar med mikrovågor. Men så småningom fick jag möjligheten att gå in i mikroelektronikprogrammet och utveckla MOS-tekniken som skulle bli CMOS, som är den dominerande tekniken i dag."

Ramping Up DRAM

Först en kort sammanfattning: Normalt finns MOSFET: er i två olika transistortyper, antingen NMOS (n-kanal), som bildar en ledande kanal och slår på transistorn när positiv spänning placeras på grindelektroden, eller PMOS (p-kanal)), vilket gör motsatsen. 1963 anpassade Frank Wanlass från Fairchild Semiconductor detta arbete till CMOS (komplementär MOS), en integrerad kretsdesign som använder båda typerna av transistorer för att bilda en grind som inte använder någon kraft alls tills transistorerna växlar.

Även om Wanlass framsteg (han utvecklade också de första kommersiella MOS-integrerade kretsarna 1963) skulle så småningom visa sig vara ett instrument i Dennards omdefinieringssystemminne, tog Dennard inte en enkel väg till den punkten. RAM, som fungerar som ett tillfälligt lagerutrymme för data i beräkningsprocessen, användes i mitten av 1960-talet, men det var i ett besvärligt, krafthungande system av ledningar och magneter som gjorde det svårt att använda i de flesta applikationer. När Dennard inriktade sig på problemet i december 1966, tog det inte lång tid för det att förändras.

"Jag hade mer bakgrund inom magnetik än jag gjorde i halvledare, " sade han. "Jag hörde ett samtal om vad magnetikarna försökte göra för att utöka tekniken. Dessa killar skulle göra några riktigt billiga tillverkningar på hela denna sak genom att gå till en laminerad teknik… Jag blev förvånad över hur enkel den här saken var, jämfört med de sex-MOS-enheter vi använde för att göra samma sak. Jag fortsatte att tänka så när jag åkte hem den kvällen. Deras hade ett par ledningar och våra hade fyra, fem eller kanske sex kablar som kopplar samman saker. Finns det ett mer grundläggande sätt att göra det?"

"En MOS-transistor är egentligen dess spelning som en kondensator, " fortsatte Dennard. "Transistorns grind själv kan lagra laddning, och om du inte får den att läcka bort kan den stanna där en ganska lång tid." Därför ansåg Dennard att det bör vara möjligt att lagra binära data som antingen en positiv eller negativ laddning på en kondensator. "Jag utvecklade egentligen den kvällen för en två- eller tre-transistor DRAM-cell. Men jag var inte nöjd med att skära från sex transistorer till bara tre transistorer. Varför kan jag inte få något enklare? Jag ville inte ens att sätta in en tredje transistor."

"Jag tillbringade ett par månader verkligen på att analysera detta, och hur det fungerar och försöka räkna ut ett bättre sätt. Och en dag upptäckte jag att jag kunde skriva den här minnecellen genom denna första transistor, som var riktigt grundläggande, i kondensatorn - men då kunde jag sätta på den här transistorn igen och ladda den i den ursprungliga datalinjen den kom från. Det var inte möjligt förut, men det fungerade med MOS-transistorer. Jag var nöjd med det resultatet."