Postęp w dziedzinie mikroelektroniki przynosi nowe możliwości zwiększenia efektywności energetycznej urządzeń elektronicznych. Zespół naukowców z Massachusetts Institute of Technology (MIT) zaprezentował nową platformę integracji elektroniki, która pozwala na produkcję tranzystorów i pamięci w jednym, kompaktowym stosie na płytce półprzewodnikowej.
Nowa architektura układów elektronicznych
Dotychczas w tradycyjnych układach logiczne elementy obliczeniowe, takie jak tranzystory, oraz elementy pamięci były budowane oddzielnie. Powodowało to konieczność przesyłania danych między nimi, co wiązało się ze stratami energii i obniżało wydajność. Nowa metoda pozwala na eliminację tego problemu poprzez integrację obu typów komponentów w jednym stosie.
Kluczowe materiały i procesy
Podstawą innowacji jest nowo opracowany materiał – amorficzny tlenek indu – oraz precyzyjny proces produkcji, który minimalizuje liczbę defektów w materiale. Pozwala to na tworzenie bardzo małych tranzystorów z wbudowaną pamięcią, które działają szybciej i zużywają mniej energii niż w tej chwili stosowane rozwiązania.
Nowy materiał umożliwia „wzrost” cienkiej warstwy tranzystora w temperaturze zaledwie 150°C na tylnej części istniejącego układu, bez ryzyka uszkodzenia już obecnych elementów frontowych. Zoptymalizowany proces pozwala na uzyskanie warstwy o grubości około 2 nanometrów z kontrolowaną liczbą defektów, co przekłada się na sprawne przełączanie tranzystora.
Integracja pamięci i perspektywy rozwoju
W ramach tej technologii naukowcy z MIT zintegrowali również warstwę pamięciową, wykorzystując ferroelektryczny hafn-cyrkon-oksyd. Pozwoliło to na stworzenie tranzystorów pamięciowych o wielkości zaledwie 20 nanometrów i czasie przełączania na poziomie 10 nanosekund przy niższym napięciu niż w porównywalnych urządzeniach.
Musimy zminimalizować ilość energii wykorzystywanej do obliczeń AI i innych operacji na danych w przyszłości, ponieważ obecny trend jest nie do utrzymania. Potrzebujemy nowych technologii, takich jak ta platforma integracyjna, aby kontynuować postęp.
– Yanjie Shao, postdoktorant MIT i główny autor dwóch publikacji na temat nowych tranzystorów.
Technologia ta może znaleźć zastosowanie w wymagających energetycznie dziedzinach, takich jak generatywna sztuczna inteligencja, głębokie uczenie czy zadania z zakresu wizji komputerowej.
Współpraca i dalsze badania
W badaniach uczestniczyli również naukowcy z University of Waterloo oraz Samsung Electronics. Zespół planuje dalszą integrację tranzystorów pamięciowych na pojedynczym układzie oraz pogłębianie badań nad adekwatnościami materiałów ferroelektrycznych.
Projekt był wspierany m.in. przez Semiconductor Research Corporation (SRC) oraz firmę Intel. Prace prowadzone były w laboratoriach MIT Microsystems Technology Laboratories i MIT.nano.
Źródło: MIT News
