Mniejszy proces technologiczny, większa wydajność i lepsza efektywność, to nie pętla, którą można realizować w nieskończoność. Dziś ten mechanizm coraz częściej zaczyna zgrzytać, bo w erze wielkich modeli SI problemem przestaje być wyłącznie to, jak bardzo upchnąć tranzystory na kawałku krzemu. Coraz częściej chodzi o coś znacznie mniej widowiskowego, ale dużo bardziej kosztownego – ile energii trzeba zużyć tylko po to, by dane w ogóle dotarły tam, gdzie mają zostać przetworzone.
To nie jest zwykły wyścig na nanometry
Chińczycy zbudowali tranzystor z bramką o rozmiarze zaledwie 1 nanometra i twierdzą, że jest to najmniejszy oraz najbardziej energooszczędny tranzystor ferroelektryczny tego typu. W tej historii najważniejsze nie jest jednak sam 1 nm. Dużo ważniejsze jest to, że urządzenie ma działać przy napięciu 0,6 V, czyli na poziomie zbliżonym do nowoczesnej logiki, zamiast wymagać wyraźnie wyższego napięcia jak wcześniejsze konstrukcje FeFET. Jednak Żeby zrozumieć, dlaczego to w ogóle ma znaczenie, trzeba na chwilę odejść od samego słowa “tranzystor”.
Czytaj też: Tytan z drukarki 3D. Temu rowerowi niestraszne są żadne góry
W klasycznych układach pamięć i obliczenia są fizycznie rozdzielone, więc dane trzeba bez przerwy przerzucać między różnymi blokami procesora. To właśnie ten transfer jest dziś jednym z głównych źródeł strat czasu i energii, a to szczególnie w zastosowaniach związanych ze sztuczną inteligencją (SI). FeFET-y od dawna uchodzą za jednego z ciekawszych kandydatów do architektury typu in-memory computing, bo potrafią łączyć funkcje pamięci i przetwarzania w jednym elemencie. Problem polega w nich na tym, że zapis i kasowanie nadal wymaga zbyt wysokiego napięcia, przez co cała obietnica energooszczędności po prostu się nie spina. Tutaj właśnie wchodzą chińscy specjaliści.
Nowy FeFET ma zmienić sposób, w jaki procesory liczą i pamiętają
Zespół z Chin twierdzi, że ominął tę barierę dzięki nowej strukturze “nanogate”. W praktyce chodzi o ekstremalne zmniejszenie elektrody bramki do wielkości zaledwie 1 nm i wykorzystanie zjawiska lokalnego skupienia pola elektrycznego. Według opisów to zmiana, która pozwala mocniej oddziaływać na warstwę ferroelektryczną przy dużo niższym napięciu zewnętrznym. W materiałach opisujących badanie pojawiają się też bardziej konkretne szczegóły konstrukcji, bo metaliczna jednościankowa nanorurka węglowa pełni rolę elektrody bramki, kanałem jest MoS2, a w strukturze wykorzystano również warstwę ferroelektryczny CuInP2S6, grafen oraz hBN. Nie mamy tu więc do czynienia z klasycznym krzemowym tranzystorem z fabryki TSMC czy Intela, lecz z dość wyspecjalizowanym demonstratorem opartym na materiałach 2D.
Czytaj też: Meble z dwóch części i bez śrub. Niemcy pokazali coś, co może wywrócić rynek do góry nogami
Co więc dokładnie wyróżnia ten tranzystor w szczegółach? Na pewno wspomniany rozmiar rzędu 1 nm, co przekłada się na mniej więcej połowę szerokości nici DNA, która ma około 2 nm. Druga to 0,6 V napięcia pracy, podczas gdy wcześniejsze FeFET-y miały według opisów potrzebować ponad 1,5 V. Trzecia to szybkość zapisu rzędu 1,6 nanosekundy, przy czym materiały towarzyszące badaniu wskazują też na zużycie energii około 0,45 femtodżula na mikrometr, czyli o rząd wielkości niższe niż wcześniejsze najlepsze doniesienia w tej klasie urządzeń.
Czytaj też: Oddali laser w ręce sztucznej inteligencji. Efekty przerosły oczekiwania
Sam zespół podkreśla zgodność z typowymi procesami przemysłowymi i możliwość dalszego skalowania, ale to na razie deklaracja potencjału, a nie dowód, że technologia jest gotowa do komercyjnego wdrożenia na dużą skalę. Jednocześnie musimy pamiętać, że to nie jest “najmniejszy tranzystor świata” w prostym, uniwersalnym sensie. Mowa o najmniejszym oraz najbardziej energooszczędnym tranzystorze ferroelektrycznym w tej klasie.
Źródła: newsen.pku.edu.cn, SCMP, Notebookcheck
