Pionierscy naukowcy z MIT dokonali niedawno znaczącego przełomu, który może zapoczątkować nową erę superwydajnej elektroniki. Dzięki nowatorskiej technice produkcji badaczom udało się zbudować działające elementy bezpośrednio na istniejącym obwodzie, co zrewolucjonizowało sposób projektowania i wytwarzania mikrochipów. Układając tranzystory i pamięć w pionowym stosie na chipie, pokonali bariery związane z zużyciem energii i wydajnością, z którymi borykają się tradycyjne projekty chipów półprzewodnikowych.
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.
Sekret tej przełomowej innowacji tkwi w precyzyjnie opracowanym materiale oraz szczegółowym procesie produkcyjnym, który minimalizuje liczbę defektów. W rezultacie powstały niewielkie, ale wydajne tranzystory ze zintegrowaną pamięcią, zbudowane z nowego materiału – amorficznego tlenku indu – o wyjątkowych właściwościach elektrycznych. Ponadto proces niskotemperaturowy stosowany do wytwarzania warstwy tlenku indu o grubości 2 nanometrów gwarantuje, że istniejące już obwody na chipie pozostają nienaruszone.
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.
Wkraczając w przyszłość, naukowcy są zdecydowani nadal poprawiać wydajność swoich tranzystorów, precyzyjnie dostosowując właściwości ferroelektrycznego tlenku hafnu i cyrkonu, a ostatecznie integrując tranzystory pamięciowe na jednym układzie scalonym. Ostatecznym celem jest opracowanie wszechstronnej platformy elektronicznej, łączącej wysoką efektywność energetyczną z wieloma funkcjami, a wszystko to w niezwykle niewielkim urządzeniu, które mogłoby zrewolucjonizować branżę elektroniczną.
Podsumowując, zaangażowany zespół z MIT wraz z partnerami z Uniwersytetu w Waterloo i firmy Samsung Electronics daje nam wgląd w przyszłość – przyszłość, w której niezwykle wydajne mikrochipy będą zapewniać wysoką wydajność bez znacznego zapotrzebowania na energię. Wszystkie oczy będą skierowane na to ambitne przedsięwzięcie, które ma na celu na nowo zdefiniowanie naszego krajobrazu technologicznego.
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.
Ta strona używa plików cookie.