طراحی تراشه جدید IBM و سامسونگ توضیح داد
رایانه‌ها و تلفن‌های هوشمند مدرن به رشد ظرفیت خود ادامه می‌دهند، با هر مدل سریع‌تر و کارآمدتر می‌شوند، و این عمدتاً به این دلیل است که ریزتراشه‌های کوچکی که آنها را نیرو می‌دهند با سرعت بی‌سابقه‌ای در حال تکامل هستند. همانطور که قانون مور پیش‌بینی می‌کند، انتظار می‌رود تعداد ترانزیستورهایی که می‌توانند تراشه‌ای را که انرژی الکترونیکی را تامین می‌کند در خود نگه دارند، هر دو سال یک‌بار دو برابر شود. ترانزیستورهای بیشتر به معنای تراشه‌های سریع‌تر است که می‌توانند محاسبات بیشتری را انجام دهند، اما دستیابی به این امر بدون تغییر اندازه تراشه‌ها، مهندسان کامپیوتر را نگران می‌کند که آنها تمام نشوند.
اما آی‌بی‌ام رویکرد جدیدی دارد: با چرخاندن ترانزیستورهای منفرد - بلوک‌های سازنده اصلی تراشه‌ها که سیگنال‌های الکتریکی را کنترل یا تقویت می‌کنند - برای نشستن عمودی روی یک تراشه به جای افقی، مهندسان می‌توانند تعداد بیشتری از آنها را در یک فضا قرار دهند.
آی‌بی‌ام در بیانیه‌ای مطبوعاتی این هفته درباره طراحی معماری جدید تراشه‌ها گفت: «از لحاظ تاریخی، ترانزیستورها به گونه‌ای ساخته شده‌اند که روی سطح یک نیمه‌رسانا صاف قرار بگیرند، با جریان الکتریسیته به طرفین یا پهلو از میان آنها.» نشست بین‌المللی دستگاه‌های الکترونیکی در سال 2021. «با ترانزیستورهای افکت میدان عمودی جدید یا VTFET، IBM و سامسونگ با موفقیت ترانزیستورهایی را پیاده‌سازی کردند که عمود بر سطح تراشه با جریان عمودی یا رو به پایین ساخته می‌شوند.
[embed]https://www.youtube.com/watch?v=OF3Zwfu6Ngc[/embed]
برای درک اینکه چرا این یک کار بالقوه بزرگ برای فناوری نیمه هادی است، منطقی است که ابتدا برای لحظه ای روی ترانزیستورهای جداگانه تمرکز کنیم. همانت جاگاناتان، محقق IBM می گوید: DNA هر فناوری سخت افزاری ترانزیستور است. میلیاردها ترانزیستور می توانند سطح یک صفحه سیلیکونی را بپوشانند و این صفحات در کنار هم قرار می گیرند تا یک تراشه بسازند.
یک ترانزیستور استاندارد معمولی، که اغلب در الکترونیک یافت می شود، دارای سه پایانه است: منبع، دروازه، تخلیه. جریان (که یک جریان الکترون است) از یک منبع به یک زهکش جریان می یابد. گیت ها جریان جریان ها را کنترل می کنند و وضعیت ترانزیستور را دیکته می کنند. هنگامی که ولتاژ به گیت اعمال می شود، ترانزیستور روشن می شود و در حالت 1 قرار می گیرد. زمانی که هیچ جریانی بین منبع و تخلیه جریان نداشته باشد، حالت 0 است. علاوه بر این، دو ترانزیستور جداگانه نیاز به یک منطقه بین آنها دارند تا آنها را جدا کرده و از تداخل جلوگیری کند. به یکدیگر وارد می شوند و این کار با درهای ساختگی انجام می شود.
[Related: Understanding the global chip shortage, a big crisis involving tiny components]
سپس مفهومی به نام "شیب درب تماسی" وجود دارد که فاصله فیزیکی مورد نیاز برای جا دادن تمام اجزای ترانزیستور است. جاگانان می‌گوید: «اینها الزامات طراحی بسیار ابتدایی هستند و می‌توانید به دو دیوار جامد فکر کنید و باید دروازه، فاصله‌گیر و ناحیه تماس را در آنها قرار دهید. دیوارها همچنان بسته می‌شوند، اما در یک نقطه نمی‌توانند بدون فدا کردن عملکرد نزدیک شوند.
نوآوری های قبلی ترانزیستور، مانند FinFET ها و نانوصفحات، دارای یک دروازه، منبع و تخلیه در یک صفحه هستند. با طراحی عمودی، این سازه ها اساسا روی هم، روی وافل چیده می شوند. علاوه بر این، ترانزیستورهای عمودی نیازی به گیت ساختگی ندارند - در عوض از چیزی به نام عایق ترانشه کم عمق استفاده می کنند که باعث صرفه جویی در فضا می شود.
[Related: Intel to Mass-Produce New 3-D Transistors for Faster, More Efficient Computer Chips]
آنها همچنین جهت جریان جریان را معکوس می کنند، جریانی که همچنان از منبع به سمت تخلیه جریان دارد، اما اکنون به جای موازی، بر سطح صفحه عمود است.
جاگاناتان می گوید: با انجام این تغییر، اکنون می توانید به طور مستقل طول دروازه، ضخامت فاصله دهنده و کنتاکت ها را تغییر دهید. از آنجایی که می‌توانید به صورت عمودی حرکت کنید و این ترانزیستورها را حتی نزدیک‌تر به هم ببندید، اکنون می‌توانید ترانزیستورهای بیشتری را در یک منطقه دریافت کنید.»
Huiming Bu، معاون تحقیقات فناوری ابر هیبریدی در IBM، تخمین زد که در مقایسه با بهترین فناوری ترانزیستورهای سه بعدی امروزی (مانند FinFET)، VTFET می تواند به آنها اجازه دهد تا پنج برابر ترانزیستورهای بیشتری را در یک تراشه با همان اندازه فشرده کنند. این در برنامه هایی که اندازه تراشه ثابت است مفید است.
[Related: IBM’s latest quantum chip breaks the elusive 100-qubit barrier]
در آزمایش، در مقایسه با یک دستگاه FinFET در همان مقیاس، IBM ادعا می کند که 50٪ کاهش در ظرفیت و مقاومت داشته است که مصرف انرژی را تا 85٪ کاهش می دهد. این تیم به نظارت بر شاخص‌های عملکرد، مانند مقاومت در دستگاه ادامه خواهد داد، که تعیین می‌کند چگونه جریان‌ها به راحتی وارد و خارج می‌شوند، با چه سرعتی می‌توان ترانزیستور را خاموش و روشن کرد، و عایق بین منبع و تخلیه را تعیین می‌کند.
طراحی ترانزیستور در 80 سال گذشته بارها و بارها مورد بازنگری قرار گرفته است. مدل FinFET بر اساس طرحی به نام MOSFET از دهه 1960 بهبود یافته است. چند سال پیش، معماری به نام نانوصفحه با دروازه ای در اطراف ترانزیستور باعث شد دستگاه ها نفوذپذیری کمتری داشته باشند.
بو می گوید: «نوآوری در نیمه هادی ها بسیار دشوار است. "سالهای زیادی طول می کشد."
به عنوان مثال، او خاطرنشان می کند که دروازه های فلزی High-K 16 سال طول کشید تا به مرحله تولید رسید. FinFET، به عنوان مثال دیگر، حدود 14 سال طول کشید تا صنعت به تولید برسد. نانو شیت که هنوز گروه های زیادی در حال کار بر روی آن هستند، هنوز به مرحله تولید نرسیده است، اما پیش بینی می شود تا دو سال آینده این کار انجام شود. پس از آن 14 سال دیگر طول می کشد تا آن را در دستگاه های الکترونیکی روزمره معرفی کنیم.
"ما درباره ی ... صحبت میکنیم [VTFET] امروز، دو سال دیگر نیست، زیرا این نوآوری پیشرفت مهمی است.» ما از صنعت می‌خواهیم که به این پیشنهاد فناوری جدید نگاه کند و اجازه دهد فرآیندهای بهتر، ابزارهای طراحی بهتر پیرامون این نوآوری وجود داشته باشد تا جامعه ما بتواند واقعاً از این ویژگی فناوری در پنج تا هشت سال استفاده کند.
[ad_2]