Paremmilla transistoreilla vai peräti ilman

Pennsylvanian yliopiston Engineering and Applied Sciencen tutkijat ovat suunnitelleet FET-rakenteet uudelleen tulevaisuuden energiankäytön vaatimukset huomioon ottaen.

"Tietokonelaitteet sisältävät nykyään niin paljon transistoreja, että pienelläkin energiankäytön vähennyksellä olisi suuri merkitys", toteaa apulaisprofessori Deep Jariwala.

Tunnelointi vaatii paljon pienempiä jännitteitä kuin huippuluokan feteissä käytetty lämpöinjektio.

Tieteilijät ovat kokeilleet tunneloivien fettien teknologiaa vuosikymmeniä, mutta laajempaa toteutusta ovat estäneet ylitsepääsemättömät tehon ja suorituskyvyn kompromissit. Tähänastiset Tunneli-FET:t pystyvät joko toimimaan alle teoreettisen kytkentäjyrkkyyden (60 mV/dekadi, Boltzmannin rajana tunnettu metriikka) tai riittävällä nieluvirtatiheydellä ohjaamaan sovelluksia piiri- ja järjestelmätasolla.

"Jotta voimme ylittää tämän kompromissin, olemme raivanneet polun tulevalle TFET-integraatiolle korkean suorituskyvyn ja vähän tehoa käyttävään mikroelektroniikkaan", Jariwala kehuu. ”Ratkaisumme keskeinen osa on kokeellinen uusi indiumselenide (InSe) puolijohde, joka on kidelaadultaan riittävän puhdas ja jolla saavutetaan korkea käyttövirtatiheys. Nyt kun meillä on rakenne, joka mahdollistaa sekä suuren virrantiheyden että alhaisen jännitteen, voimme alkaa rakentaa vahvaa ajatusta normaalin FETin korvaamiseksi TFETillä.

"Tulevan kehityksen myötä nämä laitteet voivat ylittää fettien rajoitukset myös koon ja kytkentänopeuden osalta", toteaa tutkijakollega Jinshui Miao. "TFET-suunnittelumme voidaan todennäköisesti pienentää niin paljon, että tavallinen fetti ei siihen pysty ja tuottaa jopa nopeamman vaihdon."

Aiemmin syksyllä Deep Jariwalan ja kollegoiden vetämä tutkijaryhmä esitteli tekoälylle ihanteellisen laskenta-arkkitehtuurin, jossa ei tarvita transistoria ollenkaan.

Se on suunnattu compute-in-memory (CIM) -arkkitehtuuriin, jossa käsittely ja tallennus tapahtuvat samassa paikassa, mikä eliminoi siirtoajan ja minimoi energiankulutuksen.

Ratkaisu perustuu tutkijoiden aiempaan työhön skandiumilla seostetun alumiininitridi (AlScN) puolijohteeseen, joka mahdollistaa ferrosähköisen kytkennän. Sen fysiikka on nopeampi ja energiatehokkaampi kuin vaihtoehtoiset haihtumattomat muistielementit.

Tutkijoiden esittelemä CIM-ferrodiodiin perustuva transistoriton mallin saattaa pystyä toimimaan jopa sata kertaa nopeammin kuin perinteinen laskenta-arkkitehtuuri.

Aiheesta aiemmin:

Transistoreita kutistaen

Päihittää Boltzmanin tyrannian

RAM:ina ja ROM:ina toimivia sirukomponentteja