Kinijos „Peking University“ tyrėjai sukūrė vienus mažiausių ir energiškai efektyviausių tranzistorių pasaulyje, galinčių tapti būsimos dirbtinio intelekto (DI) lustų kartos pagrindu. Šie ferolelektriniai lauko tranzistoriai (FeFET) iš dalies atkartoja žmogaus smegenų veikimo principus, todėl gali būti ir našūs, ir itin taupūs energijos atžvilgiu.
Puslaidininkiniais lustais paremta elektronika jau seniai pakeitė kasdienybę: leidžia akimirksniu bendrauti per skirtingus žemynus, žaisti žaidimus su toli esančiais draugais ir kurti vis galingesnius superkompiuterius.
Silicio lustų ribos ir neefektyvus skaičiavimas
Vystantis naujoms skaičiavimo kryptims, įskaitant kvantinę kompiuteriją, vis aiškiau matyti ir tradicinių silicio mikroschemų ribotumai. Pastaraisiais metais itin suaktyvėjusi DI plėtra, reikalaujanti apdoroti milžiniškus duomenų kiekius, išryškino esminę problemą: įprasta siliciu paremta kompiuterija dažnai yra neefektyvi, nes suvartoja daug elektros energijos ir išskiria daug šilumos.
Tradiciniai silicio puslaidininkiniai lustai paprastai kuriami taip, kad duomenų saugojimas ir skaičiavimas būtų atskirti. Todėl sudėtingų užduočių metu duomenis nuolat tenka perkelti iš atminties į skaičiavimo blokus ir grąžinti atgal. Toks „šaudymas“ duomenimis kainuoja ir laiką, ir energiją.
Augant DI taikymų poreikiui, lustams tenka apdoroti vis daugiau informacijos. Laikantis tradicinio požiūrio, tai reikštų vis didesnius, vis sudėtingesnius ir vis spartesnius lustus, kurie kartu dažnai tampa ir vis imlesni energijai.
Viena iš alternatyvų – suartinti duomenų saugojimą ir apdorojimą, integruojant šias funkcijas vienoje vietoje, panašiai kaip tai vyksta žmogaus smegenyse. Tokia architektūra galėtų padėti taupyti ir vietą, ir energiją.
Nuo idėjos iki realybės: FeFET proveržis
Žmogaus smegenų veikimą imituojančių mikroschemų idėja gyvuoja jau ne vieną dešimtmetį. Ferolelektriniai lauko tranzistoriai laikomi vienais perspektyviausių sprendimų, nes juose duomenų saugojimo ir apdorojimo funkcijos sutelkiamos tame pačiame elemente. Vis dėlto iki šiol šiai technologijai trukdė didesnis energijos poreikis: duomenų įrašymas ir ištrynimas būdavo gana energijai imlūs procesai.
Šiuolaikinės loginės grandys dažniausiai veikia esant mažesnei nei 0,7 V įtampai, o įprastiems FeFET tranzistoriams tradiciškai reikėdavo maždaug 1,5 V. Tyrėjai šį skirtumą vaizdžiai prilygina bandymui atidaryti labai sunkias duris – tam reikia gerokai daugiau pastangų.
Mokslininkai Čiū Čenguangas (Qiu Chenguang) ir Pengas Lianmao (Peng Lianmao) siekė pašalinti šią kliūtį, sukurdami naują tranzistoriaus struktūrą.
Pasitelkę pažangias gamybos technologijas, jie sumažino tranzistoriaus vartų elektrodą iki vos vieno nanometro storio. Palyginimui, DNR molekulės skersmuo siekia apie du nanometrus. Tai reiškia, kad vartų elektrodą teko formuoti itin tiksliai – praktiškai atominiu masteliu.
Atnaujinta tranzistoriaus struktūra palengvina elektrinio lauko susidarymą ferolelektriniame sluoksnyje, todėl tranzistorius gali stabiliai veikti esant vos 0,6 V įtampai. Taip pasiekiama, kad šis nanoskalės tranzistorius sunaudotų maždaug dešimt kartų mažiau energijos nei įprasti FeFET sprendimai.
Be mažesnių energijos sąnaudų, tranzistorius išsiskiria ir dideliu greičiu: jo atsako trukmė siekia apie 1,6 nanosekundės.
Dėl gebėjimo taupyti energiją, sparčiai vykdyti skaičiavimus ir užimti itin mažą plotą, šie FeFET tranzistoriai laikomi viena perspektyviausių būsimų DI lustų technologijų krypčių. Taip pat skelbiama, kad šios mikroschemos konstrukcija ir gamybos procesas yra užpatentuoti.
Tikimasi, kad tokie sprendimai padės kurti energiškai efektyvesnius duomenų centrus ir didelės spartos lustus, o kartu priartins ir itin pažangių technologinių procesų taikymą, kai gamybos mastelis mažėja iki mažesnio nei 1 nm lygio.
