Umělá inteligence je nenasytná. Spotřebovává výpočetní výkon na snídani, oběd a večeři a standardní ploché čipy jej již nedokážou „nakrmit“.
Fyzické limity jsou cítit. Tranzistory se již nezmenšují tolik jako dříve. Vážně. Už teď. Tým výzkumníků z University of Illinois tedy udělal to, co se zpětně zdá zřejmé – začali je skládat.
Nová studie, zveřejněná 27. května v časopise Nature, popisuje 3D křemíkový čip. Nejedná se o „sendvič“ jednotlivých čipů slepených dohromady, ale o jeden celek z ultratenkých membrán.
Vertical je nová horizontála
Od 60. let jsme hráli hru squeeze-to-the-limit. Menší tranzistory umožnily umístit více prvků do stejné oblasti. To byl Moorův zákon: zdvojnásobit počet tranzistorů každé dva roky. Stiskněte. Komprimovat.
končí.
Qing Kao, hlavní autor studie, říká, že narážíme na omezení samotného křemíku. Ve svých vnitřních fyzikálních vlastnostech. Do kvantové mechaniky. Rozteč kontaktních bran se přestala snižovat.
Pokud potřebujete více energie, máte dvě možnosti: ponechat stavební zařízení naplocho, dokud se nerozbijí, nebo postavit nahoru. Kao zvolil vertikální.
Představte si urbanismus. Ve 2D městě vyžaduje každá informace svůj vlastní prostor obsazený šesti tranzistory. Vše se šíří horizontálně. Ve 3D městě stavíte mrakodrapy. Stejná funkce. Stejné množství datového úložiště. Ale podstatně méně obsazeného prostoru. A co je nejdůležitější, data nemusí cestovat kilometry po křemíkových cestách. Stoupají jen o několik nanometrů. Rychleji. Jednodušší. A jednodušší na baterii.
Problém s přehříváním
Samotný princip stakingu není až tak nový.
Průmysl se o to již pokoušel. Vertikální integrace zní na papíře skvěle, ale vše se rozpadne, když se začnete dívat na teplo.
Tradiční výroba křemíku vyžaduje pro vytvoření kvalitních čipů teploty 1 000 °C (1 832 °F). První vrstvu „uvaříte“ k dokonalosti. Poté přidáte kovové vodiče pro připojení další vrstvy. A znovu zapněte troubu. Jejda. Kov se roztaví.
Existuje pevný strop známý jako „tepelný rozpočet“. Po prvním nátěru lze udržovat pouze asi 400 °C (752 °F). Zvyšte teplotu a všechny materiály začnou degradovat.
Předchozí řešení vyžadovala kompromisy v kvalitě. Výrobci nahrazují skutečný křemík v horních vrstvách alternativami – amorfními oxidy kovů, uhlíkovými nanotrubičkami nebo polykrystalickými materiály. Tím se snížilo teplo, ale za cenu výkonu a spolehlivosti. Kdo chce pomalý čip, který se snadno zlomí?
Naše metoda je nejen jednodušší na implementaci, ale také levnější, poznamenal Kao. Předchozím nástrahám se zcela vyhýbá.
Roztoky jsou tenčí než papír
Tým z Illinois použil trik zvaný monolitická integrace. Místo toho, aby stavěli čipy samostatně a lepili je dohromady (což vytváří slabá místa), staví vše na jediném substrátu.
Začali s ultratenkými silikonovými nanomembránami. Jak tenký? Méně než 10 nanometrů. O šířce jedné molekuly proteinu. Porovnejte to se standardní půlmilimetrovou deskou. Tyto membrány jsou pružné. Upravují se. Pod tlakem nepraskají.
K zachycení těchto „kůží“ použili válečkový laminátor a položili je na základní vrstvu.
Zde je zajímavá část. Vazba byla pevná při pouhých 200 °C (392 °F). Pětkrát nižší než ve standardní receptuře. Stávající kovové vodiče přežily. Kvalita křemíku zůstává vysoká.
Vytvořili třísku se třemi vrstvami. Každý obsahoval 625 tranzistorů.
Toto číslo se může zdát skromné. V dnešních komerčních čipech jsou miliardy tranzistorů. Nejedná se ale zatím o komerční produkt. Toto je důkaz konceptu. Prototyp ukazuje proud třikrát až čtyřikrát lepší než kompromisní alternativy využívající nekřemíkové materiály.
Funguje to.
Nyní průmysl potřebuje přijít na to, jak tento proces škálovat. Jak naskládat deset vrstev místo tří. Jak vyrobit tyto membrány, aniž by se rozbily. Laboratorní výsledek je jasný. Trh je nepřehledný. Budou mít továrny dostatečný zájem o přestavbu svých výrobních linek?
To je další otázka.
