Сверхбыстрый транзистор
Специалисты Массачусетского технологического института (MIT; США) создали сверхтонкий транзистор, который по ряду рабочих характеристик опережает существующие устройства данного типа, пишет Tom’s Hardware. В частности, полупроводниковое изделие отличается крайне высокими скоростью переключения и степенью надежности.
Транзистор – это полупроводниковый компонент, позволяющий управлять значительным током в выходной цепи при помощи небольшого входного сигнала. В составе микросхемы транзистор может выполнять функции усиления, генерации, коммутации и преобразования электрического сигнала.
На основе транзисторов, к примеру, построено подавляющее большинство современных интегральных микросхем. Скорость переключения транзистора, то есть перехода от «закрытого» (практически не пропускает ток) к «открытому» (пропускает ток) состоянию и наоборот, может оказывать влияние на общую производительность вычислительного устройства, построенного на его основе.
Как отмечает издание, в числе наиболее значимых достоинств разработанного в MIT транзистора – высокая скорость его переключения, которое занимает несколько наносекунд (10-9 секунды), тогда как используемые сегодня компоненты способны менять состояние за сотни наносекунд.
Добиться такого результата позволило применение особого ферроэлектрического материала (сегнетоэлектрика) на основе нитрида бора, полученного учеными института еще в 2021 г. Материал для транзистора получают размещением нескольких сверхтонких слоев нитрида бора друг над другом с небольшим сдвигом относительно друг друга в горизонтальной плоскости. Результирующий материал приобретает свойство спонтанной поляризации (отрицательные и положительные заряды спонтанно устремляются в противоположные стороны). Воздействие на него с помощью внешнего электрического поля позволяет изменить поляризацию на обратную. Описанные процессы могут протекать при комнатной температуре, говорится в работе, опубликованной учеными в журнале Science в 2021 г.
Впечатляющая долговечность
Еще одним практически полезным свойством нового компонента является его сверхмалая толщина (заявлены миллиардные доли метра), что в случае успешной коммерциализации разработки позволит производителям чипов выпускать устройства с более плотной компоновкой, отличающиеся повышенными производительностью и энергоэффективностью. Последний фактор, как отмечает Tom’s Hardware, имеет важное значение для будущих систем, работающих с алгоритмами искусственного интеллекта, поскольку уже сегодня «аппетит» к электроэнергии сдерживает масштабирование центров обработки данных, используемых для решения данного класса задач.
Наконец, создателями заявлен продолжительный срок службы нового транзистора, котором тот обязан все тому же инновационному материалу. Специалисты MIT утверждают, что компонент не демонстрирует каких-либо следов ухудшения работы после 100 млрд операций переключения.
Как отмечает Tom’s Hardware, применение подобных транзисторов при изготовлении флеш-памяти потенциально способно привести к появлению твердотельных накопителей (SSD), практически не подверженных износу. Сегодняшние SSD имеют в значительной степени ограниченный срок службы, длительность которого во многом определяется максимальным количеством циклов перезаписи, гарантированным производителем. Топовые модели пока выдерживают перезапись до 700 ТБ информации на 1 ТБ емкости накопителя.
Пока в единственном экземпляре
В настоящее время командой специалистов из MIT изготовлен единственный образец нового транзистора, созданный для демонстрации возможности новой технологии на практике. Технология, разумеется, не лишена недостатков, и разработчикам предстоит решить ряд проблем до того, как будет предпринята попытка ее коммерциализации.
«Имеется несколько проблем (связанных с технологией - прим. CNews). Но если их решить, этот материал хорошо впишется в будущую электронику», – говорит Рэй Ашури (Ray Ashoori), один участников команды разработчиков транзистора. В чем заключается проблема, специалист не уточняет.
Другие участники исследовательской группы отмечают высокую сложность производства в больших количества как нового материала, так и транзисторов на его основе, которая несопоставима с применяемыми в настоящее время технологиями обработки привычных кремниевых пластин.
В 2013 г. специалисты лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory, входящей в структуру Министерства энергетики США, измерили скорость переключения фрагмента магнетита (одной из потенциальных альтернатив кремнию в полупроводниках) из состояния проводника в состояние изолятора в ходе вервеевского перехода. Согласно измерениям, проведенным учеными, материал менял свои свойства за 1 пикосенду (10-12 с). Исследование было опубликовано в Nature Materials.
Теоретический предел скорости переключения транзистора определяется величиной планковского времени, которое в физическом смысле определяет время, за которое частица, двигаясь со скоростью света, преодолеет планковскую длину и составляет 5,391 247(60)*10-44 с.
В декабре 2021 г. CNews писал о том, что исследователи из Венского технического университета разработали транзистор, который способен менять свои параметры «на лету», в соответствии с решаемой в конкретный момент времени задачей. Микросхема, построенная с ее применением может нести до 85% меньше транзисторов, при этом выполняя все те же функции, что созданная с использованием классического подхода. Это позволяет уменьшить итоговый размер микросхемы, снизить энергопотребление и тепловыделение, что, в свою очередь, дает обширные возможности в области повышения ее производительности.
Поделиться
