Rekordinis 1 nm tranzistorius: mokslininkai žada dešimt kartų mažesnes energijos sąnaudas
Mokslininkai iš „Peking University“ pranešė sukūrę mažiausią ir energijos požiūriu efektyviausią tranzistorių pasaulyje: jo valdymo elektrodas yra vos 1 nanometro dydžio. Ši technologija gali tapti naujos kartos dirbtinio intelekto lustų pagrindu.
Kuriamas vadinamasis ferolektrinis lauko tranzistorius (FeFET), kuriame viename elemente sujungiami duomenų kaupimas ir apdorojimas. Toks veikimo principas primena žmogaus smegenis ir leidžia reikšmingai sumažinti energijos sąnaudas.
Šiuolaikiniai silicio lustai veikia kitaip: juose atmintis ir skaičiavimai yra atskirti. Atliekant sudėtingas užduotis, duomenis reikia nuolat perduoti tarp atminties ir procesoriaus blokų, o tai užima laiko ir reikalauja daug elektros energijos. Plečiantis dirbtinio intelekto technologijoms, kurios apdoroja milžiniškus duomenų kiekius, ši problema tapo ypač ryški: tokios sistemos sunaudoja daug energijos ir išskiria daug šilumos.
Didžiausia problema – įtampos skirtumai
Jau ilgą laiką siekiama sukurti lustus, kurie veiktų panašiai kaip smegenys. FeFET laikomi viena perspektyviausių technologijų šiam tikslui, nes juose sujungiamos atminties ir loginės funkcijos. Vis dėlto iki šiol tokie tranzistoriai turėjo esminį trūkumą: duomenims įrašyti ir ištrinti reikėjo gana aukštos įtampos – apie 1,5 volto, kai šiuolaikinės loginės schemos dažniausiai dirba mažesne nei 0,7 volto įtampa.
Mokslininkai šią situaciją lygina su pasirinkimu tarp lengvai atidaromų ir labai sunkių durų: sistema veikia, tačiau tai daroma neefektyviai ir su didelėmis energijos sąnaudomis.
Valdymo elektrodas – vos 1 nanometro
Komanda, kuriai vadovauja Ciu Chenguanas iš „Peking University“ ir Peng Liangmao iš „Chinese Academy of Sciences“, patobulino tranzistoriaus konstrukciją. Pasitelkę pažangius medžiagų apdirbimo metodus, jie sumažino valdymo elektrodo dydį iki 1 nanometro.
Palyginimui, DNR molekulės storis siekia maždaug 2 nanometrus, todėl tokiai struktūrai sukurti prireikė itin didelio tikslumo – kontrolės atomų lygiu.
Dešimt kartų mažesnės energijos sąnaudos
Naujoji struktūra ferolektriniame sluoksnyje sukuria elektrinį lauką ir leidžia sumažinti darbinę įtampą iki 0,6 volto. Tyrėjų teigimu, toks tranzistorius sunaudoja maždaug dešimt kartų mažiau energijos nei ankstesnės kartos FeFET įrenginiai.
Be energijos taupymo, tranzistorius pasižymi ir dideliu greičiu: jo reakcijos laikas siekia apie 1,6 nanosekundės. Universitetas jau užpatentavo šių lustų konstrukciją ir gamybos technologiją.
Perspektyvos: duomenų centrai, procesoriai ir mažesnis nei 1 nm technologinis procesas
Tyrėjai nurodo, kad ši technologija gali sudaryti prielaidas kurti gerokai energijos požiūriu efektyvesnius duomenų centrus ir didelio našumo procesorius. Be to, ji atveria kelią lustams, gaminamiems pagal mažesnį nei 1 nanometro technologinį procesą.
Tokie pasiekimai gali iš esmės pakeisti dirbtinio intelekto infrastruktūrą – nuo nešiojamųjų įrenginių iki didžiulių serverių fermų – sumažinant energijos poreikį ir aušinimo sąnaudas bei padidinant skaičiavimo tankį.
