::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Создан 2D-чип с тысячами транзисторов
Микрочип, содержащий почти 6000 транзисторов, каждый из которых толщиной всего в три атома, является самым сложным микропроцессором, изготовленным из двумерного материала на сегодняшний день, утверждают учёные из Китая.
Новое устройство было создано с использованием полупроводника дисульфида молибдена, который состоит из слоя атомов молибдена, зажатых между двумя слоями атомов серы. Ученые надеются, что двумерные материалы, такие как дисульфид молибдена, позволят закону Мура действовать и дальше, когда дальнейшее развитие с использованием кремния станет невозможным.
«Несмотря на то, что 2D-материалы широко используются уже более десяти лет, реальным ограничением для их дальнейшего развития является не производительность какого-либо отдельного устройства, поскольку многие 2D-электронные устройства отлично работают на лабораторном уровне, — говорит Вэньчжун Бао, профессор Школы микроэлектроники Университета Фудань в Шанхае. — Причина, по которой люди продолжают сомневаться в практичности 2D-материалов, заключается в отсутствии интегрированной технологической системы, которая была бы масштабируемой, воспроизводимой и совместимой с промышленными процессами».
Новый микрочип под названием RV32-WUJI содержит 5931 транзистор из дисульфида молибдена, изготовленный с использованием существующих технологий CMOS. Для сравнения, предыдущая самая большая 2D-логическая схема состояла из 156 транзисторов из дисульфида молибдена, говорят исследователи. Эти новые открытия знаменуют собой «переход двумерных полупроводниковых материалов от лабораторных исследований на уровне устройств к инженерным разработкам на системном уровне, предоставляя жизнеспособную альтернативу полупроводниковым технологиям в посткремниевую эпоху», — говорит Бао.
RV32-WUJI оснащён архитектурой RISC-V, способной выполнять стандартные 32-битные инструкции. RISC-V, впервые представленный в 2010 году, предлагает модульный набор инструкций с открытым исходным кодом, способствующий широкому распространению и внедрению инноваций. Новый процессор построен на изолирующей сапфировой подложке, которая электронно изолирует транзисторы друг от друга. Исследователи также разработали полную стандартную библиотеку ячеек для нового чипа, которая содержит 25 типов логических элементов для выполнения базовых функций, таких как И и ИЛИ.
Сложная природа двумерных полупроводников и процедур изготовления в масштабе пластин может привести к множеству возможных сбоев. Чтобы решить эти проблемы, команда Бао использовала машинное обучение для оптимизации каждого этапа процесса. В целом, несмотря на то, что у исследователей были только лабораторные возможности для изготовления, они добились выхода годной продукции 99,77%.
«Основываясь на результатах наших текущих исследований, мы планируем изучить широкий спектр сценариев применения 2D интегральных схем, таких как периферийные вычислительные чипы для терминалов Интернета вещей и интеллектуальные сенсорные чипы, — говорит Бао. — Эти сценарии применения не только быстрее продемонстрируют конкурентоспособность 2D полупроводников, но и обеспечат положительную обратную связь для разработки чипов с более высокой плотностью в будущем».
В настоящее время длина каналов транзисторов, ключевого элемента устройств, составляет 3 микрона. Ученые планируют использовать более совершенные инструменты литографии, «чтобы еще больше уменьшить канал и повысить плотность интеграции», — говорит Бао.
RV32-WUJI потребляет всего 0,43 милливатта энергии при работе на частоте 1 килогерц для выполнения арифметических операций. Бао признаёт, что в кремниевых чипах может быть в миллионы раз больше транзисторов, а рабочие частоты могут быть в миллионы раз выше, чем у нового устройства. Однако, добавляет он, их новая работа основана на оборудовании университетской лаборатории и в условиях чистой комнаты. В отличие от этого, «с момента появления полупроводников на основе кремния в прошлом веке и до наших дней мир инвестировал огромное количество ресурсов в исследования и разработки», — говорит Бао. Если отрасль перейдёт на 2D-полупроводники, «мы считаем, что производительность на основе кремния будет расти быстрее, чем мы можем себе представить».