Wszystko przez to, że branża półprzewodników zbliża się do fizycznych granic miniaturyzacji. Inżynierowie od lat ostrzegają, iż dalsze zmniejszanie tranzystorów staje się coraz trudniejsze, droższe i mniej efektywne. Przedstawiciele University of Illinois Urbana-Champaign mają rzekomo patent na dalszy rozwój mocy obliczeniowej bez konieczności nieustannego zmniejszania elementów elektronicznych. Zamiast budować układy w dwóch wymiarach, proponują wykorzystanie trzeciego wymiaru i układanie kolejnych warstw elektroniki jedna nad drugą.
Czytaj też: Światło nauczyło się udawać pamięć. Neuromorficzne komputery robią się coraz mniej normalne
Nowe rozwiązanie opiera się na monolitycznej integracji 3D. W przeciwieństwie do obecnie stosowanych metod, w których gotowe układy są łączone ze sobą już po wyprodukowaniu, nowa technika pozwala bezpośrednio tworzyć kolejne warstwy tranzystorów na tym samym podłożu krzemowym. Dzięki temu możliwe jest znaczne zwiększenie gęstości upakowania elementów elektronicznych bez konieczności dalszego zmniejszania ich rozmiarów.
Aby to zrozumieć, użyjmy barwnego, urbanistycznego przykładu. Dotychczas elektronika przypominała rozrastające się przedmieścia, które zajmowały coraz większą powierzchnię. W nowej strategii zamiast rozbudowywać się wszerz, konstruktorzy zaczynają budować ‘’wieżowce’’ z tranzystorów. Pozwala to zachować tę samą funkcjonalność przy znacznie mniejszym zapotrzebowaniu na przestrzeń, a jednocześnie skraca drogę, którą muszą pokonywać sygnały elektryczne między poszczególnymi elementami układu.
Prawo Moore’a doczeka się ratunku? Nowa metoda może sporo namieszać
Brzmi to fajnie, ale pojawia się pytanie: czy może nam dać praktyczne korzyści? Jak najbardziej. Po pierwsze, nowa strategia zwiększy gęstość obliczeniową układów scalonych. Po drugie, poprawi ich wydajność dzięki krótszym połączeniom między warstwami. Po trzecie, może obniżyć zużycie energii, co jest szczególnie istotne w dobie gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na moc obliczeniową generowanego przez sztuczną inteligencję.
Jednym z największych wyzwań związanych z budową trójwymiarowych procesorów było dotąd odprowadzanie ciepła. Wysokie temperatury powstające podczas produkcji kolejnych warstw mogły uszkadzać wcześniej wykonane struktury. Naukowcy twierdzą jednak, że opracowali proces technologiczny spełniający rygorystyczne wymagania termiczne przy jednoczesnym wykorzystaniu standardowego monokrystalicznego krzemu, który pozostaje podstawowym materiałem współczesnej elektroniki. Mówią krótko, nowa metoda nie wymaga całkowitego przebudowania istniejących fabryk półprzewodników.
Czytaj też: To może być najważniejsze 20 sekund w historii komputerów. Microsoft pokazał Majorana 2
Przypomnijmy, że sama idea trójwymiarowych układów nie jest nowa. Różne formy układania warstw pamięci i procesorów są rozwijane od wielu lat. Współczesne pamięci 3D NAND czy zaawansowane pakiety procesorów korzystają już z pionowej integracji. Najnowsze osiągnięcie jest jednak szczególne, ponieważ dotyczy bezpośredniego, sekwencyjnego budowania kolejnych warstw wysokowydajnych obwodów krzemowych, co przez wielu specjalistów uznawane jest za jeden z najważniejszych kierunków rozwoju branży półprzewodników w nadchodzących dekadach. Jako że świat potrzebuje coraz wydajniejszych i bardziej energooszczędnych układów, to poczynione postępy powinny stanowić klucz do utrzymania tempa rozwoju elektroniki po erze klasycznego prawa Moore’a.
Źródło: Nature
