Tyrėjai iš „Peking University“ Kinijoje sukūrė mažiausius ir energiškai efektyviausius tranzistorius pasaulyje, galinčius tapti būsimosios dirbtinio intelekto (DI) lustų kartos pagrindu. Šie ferolelektriniai lauko tranzistoriai (FeFET) atkartoja žmogaus smegenų veikimo principus, todėl yra ir galingi, ir itin taupiai naudojantys energiją.
Į puslaidininkinius lustus paremta elektronika jau atvedė mus į pasaulį, kuriame galime akimirksniu bendrauti tarp skirtingų žemynų, žaisti žaidimus su toli esančiais draugais ir kurti sparčiausius superkompiuterius.
Silicio lustų ribos ir neefektyvus skaičiavimas
Vystantis tokioms technologijoms kaip kvantinė kompiuterija, vis aiškiau atsiskleidžia ir silicio mikroschemų trūkumai. Pastaraisiais metais įsibėgėjusi DI plėtra, reikalaujanti apdoroti milžiniškus duomenų kiekius, parodė, kad įprasta siliciu pagrįsta kompiuterija yra neefektyvi – ji sunaudoja labai daug elektros energijos ir išskiria daug šilumos.
Tradiciniai silicio puslaidininkiniai lustai suprojektuoti taip, kad duomenų saugojimas ir skaičiavimas būtų atskirti. Tai reiškia, kad sudėtingų skaičiavimų metu duomenis reikia nuolat perkelti iš atminties į skaičiavimo blokus ir atgal, o šiam procesui išeikvojama nemažai laiko ir energijos.
Didėjant DI taikymų poreikiui, lustai turi apdoroti vis daugiau duomenų. Vadovaujantis tradiciniu požiūriu, tai reikštų, kad mokslininkams tektų kurti vis didesnius lustus, galinčius dirbti sparčiau ir apdoroti daugiau informacijos.
Alternatyvus sprendimas – suartinti duomenų saugojimo ir apdorojimo centrus, juos integruojant į vieną vietą, panašiai kaip tai vyksta žmogaus smegenyse. Taip būtų taupoma tiek vieta, tiek energija.
Nuo idėjos iki realybės: FeFET proveržis
Mintis kurti žmogaus smegenis imituojančias mikroschemas gyvuoja jau seniai. Ferolelektriniai lauko tranzistoriai laikomi vienais perspektyviausių šiai sričiai, nes juose duomenų saugojimo ir apdorojimo funkcijos sutelktos tame pačiame elemente. Vis dėlto iki šiol šiuos tranzistorius ribojo didelis energijos poreikis – duomenų įrašymas ir ištrynimas buvo gana imlus energijai.
Šiuolaikinės loginės grandys dažniausiai veikia esant mažesnei nei 0,7 V įtampai, o tradiciniams FeFET tranzistoriams reikia apie 1,5 V. Mokslininkai šį skirtumą prilygina bandymui atidaryti labai sunkią durį – tam reikia žymiai daugiau pastangų.
Tyrėjai Čiū Čenguangas („Qiu Chenguang“) iš „Peking University“ ir Pengas Lianmao („Peng Lianmao“) iš „Chinese Academy of Sciences“ nusprendė įveikti šią kliūtį, sukurdamai naują tranzistoriaus struktūrą.
Naudodami pažangias gamybos technologijas jie sumažino tranzistoriaus vartų elektrodą iki vos vieno nanometro storio. Palyginimui – DNR molekulės plotis yra apie du nanometrus. Tai reiškia, kad vartų elektrodas turėjo būti suformuotas itin tiksliai atominiu masteliu.
Atnaujinta tranzistoriaus struktūra palengvina elektrinio lauko susidarymą ferolelektriniame sluoksnyje, todėl tranzistorius gali veikti esant vos 0,6 V įtampai. Taip šis nanoskalės tranzistorius sunaudoja maždaug dešimt kartų mažiau energijos nei įprasti FeFET.
Be mažesnių energijos sąnaudų, tranzistorius pasižymi ir labai dideliu greičiu – jo atsako trukmė siekia vos apie 1,6 nanosekundės.
Dėl gebėjimo taupyti energiją, vykdyti sparčius skaičiavimus ir užimti itin mažą plotą, kinų mokslininkų sukurti FeFET tranzistoriai laikomi viena svarbiausių būsimų DI lustų technologijų. „Peking University“ jau yra užpatentavęs šių mikroschemų gamybos procesą ir konstrukciją.
Tikimasi, kad tai leis kurti energiškai efektyvius duomenų centrus ir aukštos spartos lustus, o kartu atvers kelią ir mazginių lustų (node chips) gamybai, pasiekiant mažesnį nei 1 nm technologinį lygį.
