„Нарушаване“ на закона на Мур: Как да заменим традиционните планарни транзистори

Обсъждаме алтернативни подходи към разработването на полупроводникови продукти.

/ снимка Тейлър Вик Unsplash

Последен път Говорихме за материали, които могат да заменят силиция в производството на транзистори и да разширят техните възможности. Днес обсъждаме алтернативни подходи към разработването на полупроводникови продукти и как те ще бъдат използвани в центровете за данни.

Пиезоелектрични транзистори

Такива устройства имат в структурата си пиезоелектрични и пиезорезистивни компоненти. Първият преобразува електрическите импулси в звукови импулси. Вторият абсорбира тези звукови вълни, компресира и съответно отваря или затваря транзистора. Самариев селенид (слайд 14) - в зависимост от налягането той се държи или като полупроводник (високо съпротивление) или като метал.

IBM беше една от първите, които представиха концепцията за пиезоелектрически транзистор. Инженерите на компанията се занимават с разработки в тази област от 2012 г. В тази насока работят и колегите им от Националната физическа лаборатория на Обединеното кралство, Университета в Единбург и Оубърн.

Пиезоелектричният транзистор разсейва значително по-малко енергия от силиконовите устройства. Технологията на първо място план за използване в малки джаджи, от които е трудно да се отстрани топлината - смартфони, радиоустройства, радари.

Пиезоелектричните транзистори могат да намерят приложение и в сървърни процесори за центрове за данни. Технологията ще увеличи енергийната ефективност на хардуера и ще намали разходите на операторите на центрове за данни за ИТ инфраструктура.

Тунелни транзистори

Едно от основните предизвикателства за производителите на полупроводникови устройства е да проектират транзистори, които могат да се превключват при ниски напрежения. Тунелните транзистори могат да решат този проблем. Такива устройства се управляват с помощта на квантов тунелен ефект.

По този начин, когато се приложи външно напрежение, транзисторът превключва по-бързо, тъй като е по-вероятно електроните да преодолеят диелектричната бариера. В резултат на това устройството изисква няколко пъти по-малко напрежение за работа.

Учени от MIPT и японския университет Тохоку разработват тунелни транзистори. Те използваха двуслоен графен, за да да създадете устройство, което работи 10–100 пъти по-бързо от своите силициеви аналогове. Според инженерите, тяхната технология ще позволи проектиране на процесори, които ще бъдат двадесет пъти по-производителни от съвременните водещи модели.

/ снимка PxТук PD

В различно време прототипите на тунелни транзистори са реализирани с помощта на различни материали - в допълнение към графена, те са били нанотръби и силиций. Технологията обаче все още не е напуснала стените на лабораториите и не се говори за мащабно производство на устройства, базирани на нея.

Спинови транзистори

Тяхната работа се основава на движението на електронните завъртания. Завъртанията се движат с помощта на външно магнитно поле, което ги нарежда в една посока и образува спинов ток. Устройствата, работещи с този ток, консумират сто пъти по-малко енергия от силициевите транзистори и може да превключва със скорост милиард пъти в секунда.

Основното предимство на спин устройствата е тяхната многофункционалност. Те съчетават функциите на устройство за съхранение на информация, детектор за разчитането й и превключвател за предаването й към други елементи на чипа.

Смята се, че е пионер в концепцията за спинов транзистор представени инженерите Supriyo Datta и Biswajit Das през 1990 г. Оттогава големи ИТ компании се заеха с развитие в тази област, например Intel. Обаче как признавам инженери, спиновите транзистори все още са далеч от появата им в потребителските продукти.

Транзистори метал-въздух

В основата си принципите на работа и конструкцията на метално-въздушния транзистор напомнят на транзисторите MOSFET. С някои изключения: дрейнът и сорсът на новия транзистор са метални електроди. Затворът на устройството е разположен под тях и е изолиран с оксиден филм.

Изтичането и източникът са разположени на разстояние от тридесет нанометра един от друг, което позволява на електроните да преминават свободно през въздушното пространство. Обменът на заредени частици става поради авто-електронни емисии.

Разработване на транзистори метал-въздух сделки екип от университета в Мелбърн - RMIT. Инженерите казват, че технологията ще "вдъхне нов живот" на закона на Мур и ще направи възможно изграждането на цели 3D мрежи от транзистори. Производителите на чипове ще могат да спрат безкрайното намаляване на технологичните процеси и да започнат да създават компактни 3D архитектури.

Според разработчиците работната честота на новия тип транзистори ще надхвърля стотици гигахерци. Пускането на технологията в масите ще разшири възможностите на изчислителните системи и ще увеличи производителността на сървърите в центровете за данни.

Сега екипът търси инвеститори, които да продължат своите изследвания и да разрешат технологичните трудности. Електродите за изтичане и източник се стопяват под въздействието на електрическото поле - това намалява производителността на транзистора. Те планират да коригират недостатъка през следващите няколко години. След това инженерите ще започнат да се подготвят да пуснат продукта на пазара.

За какво друго пишем в нашия корпоративен блог:

• VMware EMPOWER 2019: споделяме впечатленията си
• Перспективи за център за данни: технологии, които ще увеличат производителността на сървъра
• Процесори за сървъри: обсъждане на нови продукти
• Развитие на центрове за данни: технологични тенденции
• Как да подобрим енергийната ефективност на център за данни
• Как да поставите 100% от вашата инфраструктура в облака на IaaS доставчик и да не съжалявате
• „Как се справя VMware“: преглед на новите решения

Източник: www.habr.com