Штучний інтелект ненажерливий. Він споживає обчислювальні потужності на сніданок, обід та вечерю, а стандартні плоскі чіпи більше не в змозі його «нагодувати».
Фізичні межі дають себе знати. Транзистори перестали зменшуватись так, як це було раніше. Серйозно. Вже зараз. Тому група дослідників з Університету Іллінойсу зробила те, що в ретроспективі здається очевидним, вони почали збирати їх у стопку.
Опубліковане 27 травня в журналі Nature нове дослідження докладно описує тривимірний кремнієвий чіп. Це не сендвіч з окремих чіпів, склеєних разом, а єдиний блок, побудований з ультратонких мембран.
Вертикаль – нова горизонталь
З 1960-х років ми грали в гру «стискаємо до краю». Найменші транзистори дозволяли розмістити більше елементів на тій самій площі. Такий був закон Мура: подвоювати кількість транзисторів кожні два роки. Тиснути. Стискати.
Це закінчується.
Цинг Као, провідний автор дослідження, каже, що ми вперлися в обмеження кремнію. У його внутрішні фізичні властивості. У квантову механіку. Крок контактних затворів перестав зменшуватись.
Якщо вам потрібна велика потужність, у вас є два вибори: продовжувати ліпити пристрої на площині, доки вони не зламаються, або будувати вгору. Као вибрав вертикаль.
Уявіть собі містобудування. У 2D-місті кожна одиниця інформації вимагає свого власного місця, яке займає шість транзисторів. Все розходиться по горизонталі. У 3D-місті ви будуєте хмарочоси. Та сама функція. Той самий обсяг зберігання даних. Але значно менше займаної площі. І що найважливіше, цим не потрібно пробігати милі кремнієвими дорогами. Вони піднімаються лише на кілька нанометрів. Швидше. Простіше. І легше для батареї.
Проблема перегріву
Сам собою принцип стекінгу — не така вже й новина.
Індустрія пробувала це раніше. Вертикальна інтеграція звучить чудово на папері, але все руйнується, коли ви починаєте дивитися на тепло.
Для створення якісних чіпів традиційне виробництво кремнію потребує температури 1000 °C (1832 °F). Ви “готуєте” перший шар до ідеалу. Потім додаєте металеві провідники для підключення наступного шару. І знову вмикаєте піч. Упс. Метал плавиться.
Існує жорстка стеля, відома як «тепловий бюджет». Після першого шару можна витримувати близько 400 °C (752 °F). Підвищіть температуру і всі матеріали почнуть деградувати.
Попередні рішення вимагали компромісів як. Виробники замінювали справжній кремній у верхніх шарах альтернативами — аморфними металевими оксидами, нанотрубками вуглецю або полікристалічними матеріалами. Це знижувало нагрівання, але ціною продуктивності та надійності. Кому потрібний повільний чіп, який легко ламається?
Наш метод не тільки простіший у реалізації, а й дешевше, зазначив Као. Він повністю уникає попередніх пасток.
Рішення тонше паперу
Команда з Іллінойсу використовувала трюк, званий монолітною інтеграцією. Замість створення чіпів окремо і склеювати їх (що створює слабкі точки), вони будують все на одній підкладці.
Вони почали з ультратонких кремнієвих наномембран. Наскільки тонкі? Менш ніж 10 нанометрів. Приблизно з шириною однієї молекули білка. Порівняйте це зі стандартною пластиною товщиною півміліметра. Ці мембрани гнучкі. Вони підлаштовуються. Вони не тріскаються під тиском.
Для захоплення цих «шкір» та їх укладання поверх базового шару вони використовували рулонний ламінатор.
Ось найцікавіше. Зв’язок був міцним при 200 °C (392 °F). Уп’ятеро нижче, ніж у стандартному рецепті. Існуючі металеві провідники витримали. Якість кремнію залишилася високою.
Вони створили чіп із трьох шарів. У кожному було по 625 транзисторів.
Це число може здатися скромним. У сучасних комерційних чіпах є мільярди транзисторів. Але це ще комерційний продукт. Це є доказом концепції. Прототип, що показує, що струм у три-чотири рази краще, ніж у компромісних альтернатив, які використовують некремнієві матеріали.
Це працює.
Тепер індустрії слід зрозуміти, як масштабувати цей процес. Як зібрати в стопку десять шарів замість трьох. Як виготовляти ці мембрани без руйнування. Лабораторний результат є чистим. Ринок заплутаний. Чи заводи будуть настільки зацікавлені, щоб перебудовувати свої виробничі лінії?
У цьому питання.
