Обговорюємо альтернативи підходів до розробки напівпровідникових виробів.
/ фото Unsplash
Минулого разу про матеріали, які можуть замінити кремній у виробництві транзисторів та розширити їх можливості. Сьогодні обговорюємо альтернативні підходи до розробки напівпровідникових виробів та яке застосування вони знайдуть у дата-центрах.
П'єзоелектричні транзистори
Такі пристрої мають у своїй структурі п'єзоелектричний та п'єзорезистивний компоненти. Перший перетворює електричні імпульси на звукові. Другий - поглинає ці звукові хвилі, стискається і, відповідно, відкриває чи закриває транзистор. Як п'єзорезистивна речовина використовується селенід самарію () - в залежності від тиску або як напівпровідник (з високим опором) або як метал.
Одними з перших концепцію п'єзоелектричного транзистора представили IBM. Інженери компанії займаються розробками у цій галузі . Також у цьому напрямі працюють їхні колеги з Національної фізичної лабораторії Великобританії, Едінбургського університету та Оберна.
П'єзоелектричний транзистор розсіює значно менше енергії, ніж кремнієві пристрої. Насамперед технологію у невеликих гаджетах, від яких складно відводити тепло – смартфонах, радіоприладах, радарах.
Також п'єзоелектричні транзистори можуть знайти застосування серверних процесорах для дата-центрів. Технологія підвищить енергоефективність апаратного забезпечення та дозволить скоротити витрати операторів ЦОД на ІТ-інфраструктуру.
Тунельні транзистори
Однією з головних завдань виробників напівпровідникових пристроїв є проектування транзисторів, які можна перемикати малими напругами. Вирішити її здатні тунельні транзистори. Такі пристрої керуються за допомогою .
Таким чином, при накладенні зовнішньої напруги перемикання транзистора відбувається швидше, оскільки електрони з більшою ймовірністю долають діелектричний бар'єр. В результаті пристрою потрібна у кілька разів менша напруга для роботи.
Розробкою тунельних транзисторів займаються вчені з МФТІ та японського університету Тохоку. Вони використовували двошаровий графен, щоб пристрій, який працює в 10-100 разів швидше за кремнієві аналоги. За словами інженерів, їх технологія спроектувати процесори, які будуть у двадцять разів продуктивніші за сучасні флагманські моделі.
/ фото PD
У різні часи прототипи тунельних транзисторів реалізовувалися з використанням різних матеріалів — крім графена, ними були и . Однак технологія досі не покинула стіни лабораторій, і про масштабне виробництво пристроїв на її основі не йдеться.
Спинові транзистори
Їхня робота заснована на переміщенні спинів електронів. Рухаються спини за допомогою зовнішнього магнітного поля, що впорядковує їх в одному напрямку та формує спіновий струм. Пристрої, що працюють з таким струмом, споживають у сто разів менше енергії, ніж кремнієві транзистори, зі швидкістю мільярд разів на секунду.
Головною перевагою спінових приладів їхня багатофункціональність. Вони поєднують функції накопичувача інформації, детектора її зчитування і комутатора її передачі іншим елементам чіпа.
Вважається, що першими є концепція спинового транзистора. інженери Супріо Датта (Supriyo Datta) та Бісваджит Дас (Biswajit Das) у 1990 році. З того часу розробками в цій галузі зайнялися великі ІТ-компанії, . Однак, як інженери, спінові транзистори ще нескоро з'являться у споживчих продуктах.
Метал-повітряні транзистори
За своєю суттю принципи роботи та конструкція метал-повітряного транзистора нагадує транзистори . За деякими винятками: стоком та витоком нового транзистора є металеві електроди. Затвор пристрою розташований під ними та ізольований оксидною плівкою.
Стік та виток встановлені один від одного на відстані тридцяти нанометрів, що дозволяє електронам вільно проходити крізь повітряний простір. Обмін зарядженими частинками відбувається за рахунок .
Розробкою метал-повітряних транзисторів команда з університету в Мельбурні – RMIT. Інженери кажуть, що технологія "вдихне нове життя" в закон Мура і дозволить будувати цілі 3D-мережі з транзисторів. Виробники чіпів зможуть припинити займатися нескінченним зменшенням техпроцесів і займуться формуванням компактних 3D-архітектур.
За оцінками розробників, робоча частота транзисторів нового типу перевищить сотні гігагерц. Вихід технології у маси розширить можливості обчислювальних систем та збільшить продуктивність серверів у дата-центрах.
Зараз команда шукає інвесторів, щоб продовжити свої дослідження та вирішити технологічні складнощі. Електроди стоку та витоку плавляться під впливом електричного поля – це знижує продуктивність транзистора. Нестачу планують виправити в найближчі кілька років. Після цього інженери розпочнуть підготовку до виведення продукту на ринок.
Про що ще ми пишемо у нашому корпоративному блозі:
Джерело: habr.com