Инженеры из Пекинского Университета представили самые миниатюрные и энергоэффективные в мире транзисторы на 1 нм. Эти устройства могут лечь в основу нейроморфных процессоров нового поколения.
Новинка, получившая название сегнетоэлектрических полевых транзисторов (FeFET), имитирует архитектуру человеческого мозга, сочетая высокую вычислительную мощность с предельно низким потреблением ресурсов.
Классическая микроэлектроника на базе кремния подарила нам глобальную сеть и суперкомпьютеры. Однако сегодня, на фоне рывка квантовых вычислений и нейросетей, ограничения традиционных материалов стали слишком явными.
Экспоненциальный рост задач ИИ требует обработки гигантских массивов данных, с которыми нынешняя архитектура справляется плохо. Кремниевые чипы потребляют слишком много энергии и буквально раскаляются под нагрузкой.
Читайте: Плотность на чипе выше в 1000 раз – Молекулярная электроника сменит кремний
Почему современные вычисления неэффективны
В современных полупроводниках блоки хранения и обработки данных разнесены.
Из-за этого системе приходится постоянно перебрасывать информацию между секторами, что съедает время и требует огромных энергетических затрат. Бум ИИ-приложений диктует новые правила: чипам нужно перемалывать больше данных, чем когда-либо раньше.
Старый подход подразумевает простое увеличение размера кристаллов, но это тупиковый путь.
Разумная альтернатива — объединить центры памяти и обработки в одной точке, как это реализовано в нейронах мозга. Такой шаг позволяет радикально сэкономить и место, и энергию.
От концепции к реализации: архитектура FeFET
О чипах, копирующих структуру человеческого мозга, спорят давно.
Транзисторы типа FeFET — главные претенденты на роль «электронных нейронов», поскольку в них ячейка памяти и вычислительный элемент физически едины. Но до сих пор их массовое внедрение тормозила высокая энергоёмкость: на запись и удаление информации требовалось слишком много сил.
Если обычные логические схемы работают при напряжении ниже 0,7 В, то стандартным FeFET нужно около 1,5 В. Учёные сравнивают это с попыткой открыть тяжёлую массивную дверь.
Исследователи Цюй Ю Чэнь Гуан (Пекинский Университет) и Пэн Ляньмао (Китайская академия наук) смогли взломать этот барьер, предложив принципиально иную структуру устройства.
Применив передовые методы литографии, они уменьшили затворный электрод до 1 нанометра. Для понимания масштаба: ширина молекулы ДНК составляет около 2 нм. Фактически затвор собран с атомарной точностью.
Новая архитектура упрощает создание электрического поля в сегнетоэлектрическом слое. Это позволило снизить рабочее напряжение до 0,6 В. В итоге нанотранзистор потребляет почти в 10-раз меньше энергии, чем прежние версии FeFET. Скорость тоже впечатляет: время отклика составляет всего 1,6 наносекунды.
Пекинский Университет уже закрепил за собой права на технологию и дизайн. Эта разработка не только поможет строить экономичные дата-центры, но и открывает дорогу к коммерческому производству микросхем по техпроцессам «тоньше» 1 нм.
Хочу первым узнавать о ТЕХНОЛОГИЯХ – ПОДПИСАТЬСЯ на Telegram
Читать свежие обзоры гаджетов на нашем сайте – TehnObzor.RU