Китайские учёные создали транзистор размером 1 нанометр для процессоров искусственного интеллекта, сочетающий высокую производительность с энергоэффективностью.
Иллюстративное фото. Источник: businessinsider.com
Ирина Петрова
Специалисты Пекинского Университета продемонстрировали мировые рекорды миниатюризации и энергосбережения, представив транзисторы с топологической нормой 1 нм, сообщают СМИ. Данная разработка может стать фундаментом для перспективных нейроморфных (подобных нервной системе человека) вычислительных систем.
Эти новые элементы, известные как сегнетоэлектрические полевые транзисторы (FeFET), воспроизводят принципы работы нейронных сетей мозга, обеспечивая значительную производительность при чрезвычайно малом энергопотреблении.
Возможности вычислений - на пределе из-за низкой энергоэффективности нынешней микроэлектроники
Традиционная кремниевая микроэлектроника породила интернет и мощные вычислительные машины. Но в эпоху стремительного развития квантовых технологий и нейросетевых алгоритмов недостатки классических материалов стали очевидны.
Производство чипов. Иллюстративное фото. Источник: rbc.ru
Стремительно растущие потребности ИИ в обработке огромных объёмов информации плохо совместимы с существующей архитектурой чипов. Кремниевые процессоры расходуют чрезмерно много энергии и, можно сказать, "горят на работе" при высокой нагрузке.
В современных полупроводниковых устройствах ячейки памяти и блоки обработки данных пространственно разделены. Это вынуждает систему непрерывно перемещать информацию между компонентами, что отнимает много времени и приводит к колоссальным энергозатратам. Взрывной рост ИИ-сервисов формирует новые требования: чипы должны обрабатывать беспрецедентные потоки данных.
Архаичная стратегия, предполагающая простое наращивание площади кристаллов, сегодня является бесперспективной. Более разумное решение — интегрировать функции хранения и вычисления в одном физическом элементе, по аналогии с биологическим нейроном. Этот подход позволяет кардинально экономить как пространство на кристалле, так и энергию.
От теории к практике: принцип действия FeFET
Идея создания чипов, имитирующих строение человеческого мозга, давно обсуждается в научной среде.
Транзисторы FeFET рассматриваются как основные кандидаты на роль «искусственных нейронов», поскольку в них память и логический элемент объединены. Однако их широкому распространению долгое время мешала высокая потребляемая мощность: операции записи и стирания данных требовали слишком много энергии.
Создание микроэлектронных приборов. Источник: YouTube
Если обычные схемы функционируют при напряжении менее 0,7 В, то типичным FeFET необходимо около 1,5 В. Учёные образно сравнивали это с необходимостью открывать очень тяжёлую дверь.
Группа исследователей под руководством Цюй Ю Чэнь Гуана (Пекинский Университет) и Пэн Ляньмао (Китайская академия наук) преодолела это ограничение, разработав принципиально новую конструкцию элемента.
Используя передовые литографические методы, они сократили размер управляющего электрода до 1 нм. Для сравнения: диаметр молекулы ДНК составляет примерно 2 нм.
Фактически, затвор был сформирован с атомарной точностью. Новая геометрия упрощает генерацию электрического поля в сегнетоэлектрическом материале. Это позволило снизить рабочее напряжение до 0,6 В. В результате наноразмерный транзистор тратит почти в десять раз меньше энергии, чем предыдущие аналоги FeFET. Быстродействие также на высоте: время отклика не превышает 1,6 наносекунды.
Пекинский Университет уже оформил патентные права на данную технологию и дизайн. Это достижение не только поспособствует созданию энергоэффективных центров обработки данных, но и прокладывает путь к промышленному выпуску микросхем с нормами меньше 1 нм.
О важности внедрения ИИ и робототехники в отечественную промышленную практику нефтяной, химической и машиностроительной отрасли не раз писал наш журнал "Химагрегаты". Хотелось бы, чтобы Россия, также как и Китай, не "проспала четвертую технологическую волну".