"התגברות" על חוק מור: כיצד להחליף טרנזיסטורים מישוריים מסורתיים

אנו דנים בגישות חלופיות לפיתוח מוצרי מוליכים למחצה.

/ תמונה טיילור ויק Unsplash

פעם אחרונה דיברנו על חומרים שיכולים להחליף סיליקון בייצור טרנזיסטורים ולהרחיב את היכולות שלהם. היום אנו דנים בגישות חלופיות לפיתוח מוצרי מוליכים למחצה וכיצד ישמשו אותם במרכזי נתונים.

טרנזיסטורים פיזואלקטריים

למכשירים כאלה יש רכיבים פיזואלקטריים ו-piezoresistive במבנה שלהם. הראשון ממיר דחפים חשמליים לדחפים קוליים. השני סופג את גלי הקול הללו, דוחס ובהתאם לכך פותח או סוגר את הטרנזיסטור. סמריון סלניד (שקופית 14) - תלוי בלחץ הוא מתנהג או כמוליך למחצה (התנגדות גבוהה) או כמתכת.

IBM הייתה מהראשונות שהציגו את הרעיון של טרנזיסטור פיזואלקטרי. מהנדסי החברה עוסקים בפיתוחים בתחום זה מאז 2012. גם עמיתיהם מהמעבדה הפיזית הלאומית של בריטניה, אוניברסיטת אדינבורו ואובורן פועלים בכיוון זה.

טרנזיסטור פיזואלקטרי מפזר פחות אנרגיה משמעותית ממכשירי סיליקון. קודם כל טכנולוגיה מתכנן להשתמש בגאדג'טים קטנים שקשה להסיר מהם חום - סמארטפונים, מכשירי רדיו, מכ"מים.

טרנזיסטורים פיזואלקטריים יכולים למצוא יישום גם במעבדי שרתים למרכזי נתונים. הטכנולוגיה תגדיל את היעילות האנרגטית של החומרה ותפחית את העלויות של מפעילי מרכזי נתונים על תשתית IT.

טרנזיסטורי מנהרה

אחד האתגרים העיקריים של יצרני מכשירי מוליכים למחצה הוא לתכנן טרנזיסטורים שניתן להחליף במתח נמוך. טרנזיסטורי מנהרה יכולים לפתור בעיה זו. מכשירים כאלה נשלטים באמצעות אפקט המנהרה הקוונטית.

לפיכך, כאשר מופעל מתח חיצוני, הטרנזיסטור עובר מהר יותר מכיוון שללקטרונים יש סיכוי גבוה יותר להתגבר על המחסום הדיאלקטרי. כתוצאה מכך, המכשיר דורש פחות מתח פי כמה כדי לפעול.

מדענים מ-MIPT ומאוניברסיטת טוהוקו ביפן מפתחים טרנזיסטורי מנהרה. הם השתמשו בגרפן שכבה כפולה כדי создать מכשיר שפועל פי 10-100 מהר יותר ממקביליו מסיליקון. לדברי המהנדסים, הטכנולוגיה שלהם רצון עיצוב מעבדים שיהיו פרודוקטיביים פי עשרים מדגמי הדגל המודרניים.

/ תמונה PxHere PD

בזמנים שונים יושמו אבות טיפוס של טרנזיסטורי מנהרה באמצעות חומרים שונים - בנוסף לגרפן, הם היו ננו-צינורות и סִילִיקוֹן. עם זאת, הטכנולוגיה עדיין לא עזבה את קירות המעבדות, ואין דיבור על ייצור בקנה מידה גדול של מכשירים המבוססים עליה.

טרנזיסטורי ספין

עבודתם מבוססת על תנועת ספינים אלקטרונים. הספינים נעים בעזרת שדה מגנטי חיצוני, שמסדר אותם לכיוון אחד ויוצר זרם ספין. מכשירים הפועלים עם זרם זה צורכים פי מאה פחות אנרגיה מאשר טרנזיסטורי סיליקון, וכן יכול להחליף בקצב של מיליארד פעמים בשנייה.

היתרון העיקרי של מכשירי ספין זה הרבגוניות שלהם. הם משלבים את הפונקציות של התקן אחסון מידע, גלאי לקריאתו ומתג להעברתו לאלמנטים אחרים של השבב.

מאמינים כי היה חלוץ הרעיון של טרנזיסטור ספין הציג המהנדסים Supriyo Datta ו-Biswajit Das ב-1990. מאז, חברות IT גדולות נקטו בפיתוח בתחום זה, למשל אינטל. עם זאת, איך להכיר מהנדסים, טרנזיסטורי ספין עדיין רחוקים מלהופיע במוצרי צריכה.

טרנזיסטורי מתכת-אוויר

בבסיסו, עקרונות הפעולה והעיצוב של טרנזיסטור מתכת-אוויר מזכירים טרנזיסטורים MOSFET. למעט כמה יוצאי דופן: הניקוז והמקור של הטרנזיסטור החדש הם אלקטרודות מתכת. התריס של המכשיר ממוקם מתחת להם ומבודד בסרט תחמוצת.

הניקוז והמקור מוגדרים במרחק של שלושים ננומטר אחד מהשני, מה שמאפשר לאלקטרונים לעבור בחופשיות בחלל האוויר. החלפת חלקיקים טעונים מתרחשת עקב פליטת שדה.

פיתוח טרנזיסטורי מתכת-אוויר 43 נמצא צוות מאוניברסיטת מלבורן - RMIT. מהנדסים אומרים שהטכנולוגיה "תפיח חיים חדשים" בחוק מור ותאפשר לבנות רשתות תלת מימד שלמות מטרנזיסטורים. יצרני השבבים יוכלו להפסיק לצמצם ללא סוף תהליכים טכנולוגיים ולהתחיל ליצור ארכיטקטורות תלת מימד קומפקטיות.

לטענת היזמים, תדר ההפעלה של הטרנזיסטורים מהסוג החדש יעלה על מאות גיגה-הרץ. שחרור הטכנולוגיה להמונים ירחיב את יכולות מערכות המחשוב ותגביר את ביצועי השרתים במרכזי הנתונים.

הצוות מחפש כעת משקיעים שימשיכו במחקר שלהם ויפתרו קשיים טכנולוגיים. אלקטרודות הניקוז והמקור נמסות בהשפעת השדה החשמלי - זה מפחית את ביצועי הטרנזיסטור. הם מתכננים לתקן את החסר בשנתיים הקרובות. לאחר מכן, המהנדסים יתחילו להיערך להוצאת המוצר לשוק.

על מה עוד אנחנו כותבים בבלוג הארגוני שלנו:

• VMware EMPOWER 2019: שיתוף הרשמים שלנו
• לקוחות פוטנציאליים למרכזי נתונים: טכנולוגיות שיגבירו את ביצועי השרת
• מעבדים לשרתים: דיון במוצרים חדשים
• פיתוח מרכזי נתונים: מגמות טכנולוגיות
• כיצד לשפר את היעילות האנרגטית של מרכז נתונים
• כיצד למקם 100% מהתשתית שלך בענן של ספק IaaS ולא להתחרט על כך
• "איך עובד VMware": סקירה של פתרונות חדשים

מקור: www.habr.com