Μια ομάδα Κινέζων επιστημόνων παρουσίασε τον μικρότερο και πιο ενεργειακά αποδοτικό τρανζίστορ παγκοσμίως, μια τεχνολογική επανάσταση που αναμένεται να αποτελέσει τη βάση για την επόμενη γενιά υλικού υψηλών επιδόσεων για την Τεχνητή Νοημοσύνη (AI).
Οι ερευνητές πέτυχαν αυτό το κατόρθωμα με φεροηλεκτρικά τρανζίστορ (FeFETs). Αυτά λειτουργούν παρόμοια με τα νευρώνια στον ανθρώπινο εγκέφαλο, συνδυάζοντας τη μνήμη και την επεξεργασία σε μία ενιαία μονάδα. Αυτή η ενσωμάτωση μειώνει δραστικά τον χαμένο χρόνο που οφείλεται στη μεταφορά δεδομένων. Στα συμβατικά τσιπ ημιαγωγών, η αποθήκευση και η επεξεργασία δεδομένων γίνονται σε ξεχωριστές περιοχές, δημιουργώντας “σημεία συμφόρησης” στην επικοινωνία, όπως ακριβώς θα συνέβαινε αν υπήρχε ένας τοίχος ανάμεσά τους.
Σύμφωνα με τον Qiu Chenguang από το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου, η “δυνατότητα υπολογισμών εντός της μνήμης των FeFETs ευθυγραμμίζεται απόλυτα με τη μελλοντική εξέλιξη των τσιπ AI”. “Η βιομηχανία τα θεωρεί μία από τις πιο υποσχόμενες συσκευές για την υλοποίηση νευρομορφικών υπολογισμών εμπνευσμένων από τον εγκέφαλο”, δήλωσε ο Qiu στην επίσημη εφημερίδα του υπουργείου, Science and Technology Daily.
Ο Qiu, μαζί με τον Peng Lianmao, μέλος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, ηγήθηκαν της ομάδας που ανέπτυξε το μικρότερο και πιο ενεργειακά αποδοτικό φεροηλεκτρικό τρανζίστορ στον κόσμο. Η εργασία τους δημοσιεύθηκε αυτό το μήνα στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances. Η σχεδίαση “ξεπερνά μακροχρόνιους περιορισμούς των παραδοσιακών FeFETs, όπως η υπερβολική κατανάλωση ενέργειας και η ασυμβατότητα στην τάση λογικής, ανοίγοντας τον δρόμο για μεγάλη κλίμακα εφαρμογής”, ανέφερε η Science and Technology Daily.
Η ταχεία πρόοδος της τεχνητής νοημοσύνης (AI) έχει εντείνει την παγκόσμια ζήτηση για υπολογιστική ισχύ και έχει επιταχύνει την έρευνα σε υλικά ημιαγωγών. Μια προσέγγιση για την ενίσχυση των υπολογιστικών δυνατοτήτων είναι η κατασκευή μεγαλύτερων και ταχύτερων τσιπ. Μια άλλη είναι η αλλαγή του τρόπου “σκέψης” των τσιπ. Οι Κινέζοι επιστήμονες εστίασαν στο δεύτερο, καθώς τα FeFETs διαθέτουν τόσο δυνατότητες αποθήκευσης όσο και υπολογιστικές, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά τρανζίστορ ημιαγωγών.
Μια σημαντική πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα σημερινά FeFETs είναι ότι η εγγραφή και η διαγραφή δεδομένων απαιτούν σχετικά υψηλή τάση λειτουργίας, περίπου 1,5 volt. Αντίθετα, τα σύγχρονα κυκλώματα λογικής λειτουργούν συνήθως σε τάσεις κάτω από 0,7 volt. Με άλλα λόγια, ενώ τα FeFETs προσφέρουν ανώτερες επιδόσεις, είναι σαν μια βαριά πόρτα που δύσκολα ανοίγει.
Χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας, η ομάδα βελτίωσε τη δομή του τρανζίστορ. “Μειώσαμε τον ηλεκτροηγό πόλο σε μόλις 1 νανόμετρο, επιτυγχάνοντας ακρίβεια σε ατομικό επίπεδο”, εξήγησε ο Qu. “Αυτό επέτρεψε τη δημιουργία ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου εντός του φεροηλεκτρικού στρώματος, επιτρέποντας στα FeFETs να λειτουργούν με ελάχιστη εξωτερική ενέργεια, σε τάση μόλις 0,6 volt.” “Αυτό το FeFET με νανο-ηλεκτροηγό λειτουργεί σε εξαιρετικά χαμηλή τάση και καταναλώνει σημαντικά λιγότερη ενέργεια, περίπου το ένα δέκατο των χαμηλότερων τιμών κατανάλωσης ενέργειας που έχουν αναφερθεί διεθνώς”, πρόσθεσε. “Υποστηρίζει επίσης λειτουργίες μνήμης υψηλής ταχύτητας, με χρόνο απόκρισης μόλις 1,6 νανoseconds.”
Σύμφωνα με τον ιστότοπο του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, οι τεχνικές επεξεργασίας και σχεδίασης που αναπτύχθηκαν για τσιπ φεροηλεκτρικής μνήμης, βασισμένες σε αυτόν τον νέο μηχανισμό, έχουν ήδη κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, αντιπροσωπεύοντας πλήρως ανεξάρτητη πνευματική ιδιοκτησία. Ο Qiu δήλωσε ότι η μελέτη σηματοδοτεί “την πρώτη διεθνή ανακάλυψη ότι τα FeFETs παρουσιάζουν απροσδόκητα πλεονεκτήματα όταν κλιμακώνονται σε μικρότερο μέγεθος, αποδεικνύοντας την ισχυρή τους δυναμική για την κατασκευή μελλοντικών τσιπ κάτω του 1 νανόμετρου”. “Ένα τέτοιο τρανζίστορ μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για την κατασκευή εξαιρετικά ενεργειακά αποδοτικών κέντρων δεδομένων όσο και για τη συναρμολόγηση τσιπ AI υψηλών επιδόσεων επόμενης γενιάς.”
