Учёные из Китая разработали самый сложный на сегодняшний день двумерный (2D) полупроводниковый микропроцессор, толщина активного слоя которого составляет менее 1 нанометра (нм). Процессор содержит 5900 транзисторов и способен выполнять полный 32-битный набор команд архитектуры RISC-V.
На фоне того, как интегральные схемы на основе кремния приближаются к физическим пределам миниатюризации, исследователи по всему миру активнее изучают возможности двумерных материалов, как дисульфид молибдена (MoS₂) и диселенид вольфрама (WSe₂), для создания будущих микропроцессоров.
Эти материалы, как правило, имеют толщину в один атомный слой и обладают уникальными физическими свойствами, способными обеспечить революционную функциональность в электронных схемах следующего поколения.
Читайте: Первый в мире световой чип для ИИ и ВПВ – 50x скорость и 30x эффективность
Чип для высокопроизводительных вычислений
Микропроцессор, получивший название Lingyu CPU (ЦП Линъюй), разработан компанией RiVAI Technologies.
Утверждается, что этот чип также является первым в Китае полностью самостоятельно разработанным высокопроизводительным серверным процессором на основе архитектуры RISC-V.
Серверный чип RISC-V спроектирован для поддержки высокопроизводительных вычислений и способен работать с большими языковыми моделями с открытым исходным кодом, как DeepSeek.
В исследовании, опубликованном в научном журнале Nature, сообщается, что китайские учёные представили микропроцессор на архитектуре RISC-V (Reduced Instruction Set Computing — архитектура с сокращенным набором команд). Процессор способен выполнять стандартные 32-битные инструкции, используя 5900 транзисторов, изготовленных из дисульфида молибдена (MoS₂).
При его создании использовалась полная библиотека стандартных ячеек, разработанная на основе 2D-полупроводниковой технологии. Эта библиотека включает 25 типов логических блоков.
Следуя принципам, отработанным при создании кремниевых интегральных схем, исследователи применили совместную оптимизацию технологического процесса и проектирования для 2D-логических схем.
«Наша комбинированная методология производства и проектирования позволила преодолеть значительные трудности, связанные с интеграцией двумерных схем на уровне целой полупроводниковой пластины (wafer-scale integration).
Это дало возможность создать новаторский прототип микропроцессора на основе MoS₂, который демонстрирует потенциал технологии 2D-интегральных схем как альтернативы кремнию», — отмечают авторы исследования.
Сообщается, что чип поддерживает набор векторных инструкций, обладает сверхширокой векторной разрядностью и предлагает увеличенную вычислительную мощность для решения разнообразных задач, включая машинное обучение.
Открытая архитектура набора команд
RISC-V представляет открытую архитектуру набора команд (Instruction Set Architecture, ISA), что позволяет китайским компаниям разрабатывать и производить процессоры без необходимости лицензирования у зарубежных владельцев интеллектуальной собственности и связанных с этим ограничений.
Переход на RISC-V активно стимулируется в Китае в ответ на продолжающуюся торговую напряжённость и санкции, которые ограничили доступ Поднебесной к передовым технологиям производства чипов.
Согласно опубликованным данным, созданный процессор содержит 5900 отдельных транзисторов и способен выполнять полную 32-битную версию набора команд RISC-V. Это означает, что он включает достаточно сложные схемотехнические элементы, например, декодер инструкций RISC-V.
В то же время, некоторые аспекты его работы намеренно упрощены. К примеру, хотя процессор и может выполнять операцию сложения двух 32-битных чисел, он делает это последовательно, обрабатывая по одному биту за такт. Таким образом, выполнение одной такой операции занимает 32 тактовых цикла процессора.
Поиск альтернатив кремнию
В последние годы поиск полупроводниковых материалов «эпохи после кремния» (посткремниевых) значительно активизировался.
Это связано с фундаментальными ограничениями традиционных объёмных полупроводников на основе кремния по мере уменьшения размеров транзисторов. Среди основных проблем:
- Снижение барьера, индуцированное стоком (Drain-Induced Barrier Lowering, DIBL): Нежелательный эффект, приводящий к потере контроля затвора над каналом транзистора при малых размерах.
- Деградация подвижности носителей заряда из-за рассеяния на границе раздела (Interfacial Scattering): Снижение скорости движения электронов или дырок в канале транзистора из-за дефектов на границе полупроводника и диэлектрика.
- Ограниченный коэффициент переключения (Current On/Off Ratio): Отношение тока во включенном состоянии к току утечки в выключенном состоянии, которое лимитируется фундаментальными свойствами полупроводника, в частности, шириной его запрещенной зоны.
Именно эти вызовы стимулировали поиск более совершенных материалов, и двумерные (2D) полупроводники толщиной в один атомный слой стали рассматриваться как одно из наиболее перспективных решений для будущей электроники.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU