то что сейчас делает Китай в технологиях чипов
это просто реальное чудо ..
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.
Международная группа учёных под руководством исследователей из Пекинского университета в Китае разработала революционный «полностью оптический» чип, который использует свет для синхронизации скорости процессоров и потенциально может достигать тактовой частоты 100 ГГц. Для сравнения, обычные чипы, использующие электричество, имеют тактовую частоту 2–3 ГГц и достигают пика в 6 ГГц.
Центральный процессор (ЦП) лежит в основе множества вычислительных устройств, которые мы видим вокруг себя каждый день. От смартфона, на котором вы, возможно, читаете эту статью, до чат-ботов с искусственным интеллектом (ИИ) – все они нуждаются в процессоре, который параллельно выполняет различные функции для обеспечения работы устройства.
Процессор использует внутренний тактовый сигнал для синхронизации своих функций, это также определяет скорость его работы. Обычно показатель измеряется в гигагерцах (ГГц), каждый гигагерц равен миллиарду тактов в секунду. Чем выше гигагерц процессора, тем больше его вычислительные возможности.
Теперь учёным удалось установить 100 ГГц на новом оптическом процессоре.
Читайте: Китайский квантовый чип Zuchongzhi-3 в квадриллион раз быстрее суперкомпьютеров
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.
Китайский чип с частотой 100 ГГц работает от света и бьёт рекорды скорости вычислений
Как работает оптический чип
По словам Чанг Лин, доцента Института информационных и коммуникационных технологий Пекинского университета, в обычных чипах для генерации тактовых сигналов используются электронные осцилляторы.
К недостаткам такого подхода относятся слишком высокое энергопотребление, выделение избыточного тепла и невозможность значительно увеличить тактовую частоту. Поэтому исследователи обратились к свету как средству передачи и обработки информации.
Поскольку свет распространяется гораздо быстрее электричества в микросхемах, фотоны, генерирующие эти тактовые сигналы, могут обрабатывать информацию быстрее. Создав на чипе кольцо, напоминающее ипподром, исследователи запустили свет и использовали время каждого круга в качестве стандарта.
Поскольку фотоны движутся со скоростью света, каждый круг занимает всего несколько миллиардных долей секунды, и чипы могут работать на сверхвысокой скорости.
Международная группа учёных под руководством исследователей из Пекинского университета в Китае разработала революционный «полностью оптический» чип, который использует свет для синхронизации скорости процессоров и потенциально может достигать тактовой частоты 100 ГГц. Для сравнения, обычные чипы, использующие электричество, имеют тактовую частоту 2–3 ГГц и достигают пика в 6 ГГц.
Центральный процессор (ЦП) лежит в основе множества вычислительных устройств, которые мы видим вокруг себя каждый день. От смартфона, на котором вы, возможно, читаете эту статью, до чат-ботов с искусственным интеллектом (ИИ) – все они нуждаются в процессоре, который параллельно выполняет различные функции для обеспечения работы устройства.
Процессор использует внутренний тактовый сигнал для синхронизации своих функций, это также определяет скорость его работы. Обычно показатель измеряется в гигагерцах (ГГц), каждый гигагерц равен миллиарду тактов в секунду. Чем выше гигагерц процессора, тем больше его вычислительные возможности.
Теперь учёным удалось установить 100 ГГц на новом оптическом процессоре.
Читайте: Китайский квантовый чип Zuchongzhi-3 в квадриллион раз быстрее суперкомпьютеров
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.
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.
Дисульфид молибдена состоит из серы (желтые сферы) и молибдена (синие сферы) в ступенчатой гексагональной структуре.
«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.
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.
Как работает оптический чип
По словам Чанг Лин, доцента Института информационных и коммуникационных технологий Пекинского университета, в обычных чипах для генерации тактовых сигналов используются электронные осцилляторы.
К недостаткам такого подхода относятся слишком высокое энергопотребление, выделение избыточного тепла и невозможность значительно увеличить тактовую частоту. Поэтому исследователи обратились к свету как средству передачи и обработки информации.
Поскольку свет распространяется гораздо быстрее электричества в микросхемах, фотоны, генерирующие эти тактовые сигналы, могут обрабатывать информацию быстрее. Создав на чипе кольцо, напоминающее ипподром, исследователи запустили свет и использовали время каждого круга в качестве стандарта.
Поскольку фотоны движутся со скоростью света, каждый круг занимает всего несколько миллиардных долей секунды, и чипы могут работать на сверхвысокой скорости.
Концептуальная иллюстрация микрокомбронизированной оптоэлектронной системы с использованием фотонных часов.
Где можно использовать эту технологию
Поскольку обычные процессоры работают на одной тактовой частоте, приложения, которые не могут синхронизироваться на этих скоростях, требуют различных конфигураций и настроек, что увеличивает стоимость производства и вычислений.
Исследователи разработали «микрокомб» на кристалле, который может синтезировать как одночастотные, так и широкополосные сигналы, причём последние обеспечивают контрольные часы для различных электронных компонентов в системе.
Учёные утверждают, что на 20 см пластине можно изготовить тысячи таких чипов, которые сразу же использовать для развёртывания удобных потребителю решений.
Например, чип можно использовать для мобильной связи в диапазонах сетей 5G и 6G. Но что ещё более важно, повышение скорости сети не потребует обновления оборудования мобильного телефона, если для его питания используется полностью оптический чип.
Аналогичным образом, использование этих чипов в базовых станциях позволит снизить стоимость оборудования и энергопотребление.
Более высокая тактовая частота, достигаемая с помощью такого процессора, также означает более быстрые вычисления, которые позволят развивать искусственный интеллект с меньшими затратами энергии. Применение технологии в автономном вождении может повысить точность и скорость реакции.
Современные технологии наращивания слоёв на подложках работают по принципу осаждения материала из точки распыления на поверхность. Однако для нанесения плёнок толщиной в один или максимум три атома на пластины диаметром больше 2 дюймов (5 см) данная технология не предназначена. Таким образом для массового производства современных процессоров эта технология не подходит.
Но китайские ученые нашли способ обойти это ограничение при помощи контактного метода выращивания пленки, при котором активный материал входит в контакт с подложкой по всей поверхности сразу, давая равномерный рост пленки во всех точках. При помощи данной технологии можно выращивать пленки различного состава и даже накладывать разнородные пленки друг на друга.
Ученые выбрали для своих дальнейших исследований и создания готовой технологии транзисторы из сульфида молибдена, являющегося типичным представителем 2D материалов с толщиной около 1 нм. Такой транзистор значительно превосходит по производительности своего кремниевого аналога такой же толщины.
На каждом уровне эти 2D-материалы могут работать независимо, благодаря их структурированному слоистому размещению.
Это позволит в дальнейшем увеличить количество транзисторов и продлить действие закона Мура.
Также уже создан проект установки для выращивания тонких пленок в массовых объемах. Одна такая установка может выпускать до 10 тысяч 300-мм подложек в год. Технология подходит для покрытия подложек графеном, что позволит внедрить материал в производство чипов.
Несмотря на это говорить о производстве таких процессоров в ближайшей перспективе пока рано. На сегодня 2D-материалы толщиной в один атом только исследуются для использования в структурах транзисторов и в других качествах.
.. уже сейчас это важнейшее и одно из самых перспективных направлений развития современной наноэлектроники, способное совершить реальный прорыв во всей отрасли, что отлично понимают китайские специалисты и корпорации.