Nowa technologia chipów MIT może zrewolucjonizować energooszczędną elektronikę

Pionierscy naukowcy z MIT dokonali niedawno znaczącego przełomu, który może przygotować grunt pod nową erę superwydajnej elektroniki. Dzięki nowatorskiej technice produkcji, badaczom udało się zbudować funkcjonalne komponenty bezpośrednio na istniejącym obwodzie, rewolucjonizując sposób projektowania i budowy mikrochipów. Układając tranzystory i pamięć w pionowym stosie na chipie, pokonali bariery energetyczne i wydajnościowe, z którymi zmagają się tradycyjne projekty chipów półprzewodnikowych.

Tworzenie ultrawydajnych układów scalonych

W konwencjonalnych projektach układów scalonych komunikacja między urządzeniami logicznymi, takimi jak tranzystory i komponenty pamięci, może zużywać dużo energii i obniżać wydajność ze względu na odległość, jaką dane muszą pokonać tam iz powrotem. Innowacyjny proces opracowany przez MIT stara się temu zaradzić. Dzięki umieszczeniu tych komponentów w jednym kompaktowym pionowym stosie, odległość, jaką muszą pokonać dane, jest znacznie zminimalizowana, co prowadzi do zwiększenia szybkości obliczeń i zmniejszenia strat energii.

Sekretem tej przełomowej innowacji jest precyzyjnie zaprojektowany materiał i szczegółowy proces produkcji, który minimalizuje defekty. Rezultatem są maleńkie, ale potężne tranzystory ze zintegrowaną pamięcią, zbudowane przy użyciu nowego materiału - amorficznego tlenku indu - o unikalnych właściwościach elektrycznych. Ponadto, proces niskotemperaturowy zastosowany do wyhodowania warstwy tlenku indu o grubości 2 nanometrów zapewnia, że już obecne obwody na chipie pozostają nienaruszone.

W kierunku elektroniki nowej generacji

Dzięki pamięci bezpośrednio zintegrowanej z nowo opracowanymi tranzystorami i wprowadzeniu warstwy ferroelektrycznego tlenku hafnu i cyrkonu, naukowcom udało się stworzyć tranzystory pamięci o wielkości zaledwie 20 nanometrów. Urządzenia te są nie tylko błyskawiczne, przełączając się z prędkością 10 nanosekund, ale także wymagają znacznie mniejszego napięcia, co prowadzi do jeszcze większej redukcji zużycia energii.

Jedną z uderzających cech tej nowej architektury chipów jest odwrócenie tradycyjnej metody. Układając aktywne komponenty na tylnym końcu chipa zamiast na przednim, naukowcy z MIT znacznie poprawili efektywność energetyczną. Ta unikalna platforma, jak wyjaśnił Yanjie Shao, postdoc MIT prowadzący projekt, może być kluczowym czynnikiem napędzającym przyszłe aplikacje intensywnie wykorzystujące dane, takie jak sztuczna inteligencja i głębokie uczenie się, a wszystko to bez niezrównoważonego obciążenia energetycznego.

Planowanie na przyszłość

Wybiegając w przyszłość, naukowcy dążą do dalszego zwiększania wydajności swoich tranzystorów, dostrajania właściwości ferroelektrycznego tlenku hafnu i cyrkonu, a ostatecznie integracji tranzystorów pamięci na jednym chipie. Ostatecznym celem jest opracowanie wszechstronnej platformy elektronicznej, która łączy wysoką wydajność energetyczną z wieloma funkcjami, a wszystko to w niewiarygodnie małym rozmiarze urządzenia, które może zmienić krajobraz elektroniczny.

Podsumowując, dedykowany zespół z MIT, wraz ze współpracownikami z University of Waterloo i Samsung Electronics, pokazuje nam przebłysk przyszłości - przyszłości, w której ultra-wydajne mikroukłady mogą zapewnić wysoką wydajność bez znacznego zapotrzebowania na energię. Wszystkie oczy będą zwrócone na to ambitne przedsięwzięcie, które na nowo zdefiniuje nasz technologiczny krajobraz.

Oryginalny artykuł jest dostępny tutaj link.

Semiconductor Research Corporation (SRC) i Intel częściowo sponsorowały te badania. Produkcja została przeprowadzona w laboratoriach MIT Microsystems Technology Laboratories i MIT.nano.