3 Minutės
Vieta šiandieninių lustų plokščioje plokštumoje nyksta. Todėl Ilinojaus universiteto Urbana-Šempaino mokslininkai pasirinko akivaizdžią taktiką: vietoje plėtros į šonus statyti sluoksnius į aukštį.
Įsivaizduokite priemiesčio užstatymą pakeistą dangoraižiais. Tie patys žmonės, mažiau vaikščiojimo. Komanda panaudojo tą patį vienakristalį silicį, naudojamą dabartiniuose procesoriuose, tačiau transistorus išdėstė vertikaliais stulpais, sumažindami užimamą plotą ir sutrumpindami elektrinius takus, kurie lėtina ir eikvoja energiją.
Sluoksniavimas nėra naujovė. Pagrindinis iššūkis visuomet buvo šiluma. Tradicinė lusto gamyba reikalauja temperatūrų apie 1 000 °C, o ant paruošto pirmojo sluoksnio kepant antrąjį kyla rizika jį sunaikinti. Ankstesni bandymai klijavo iš anksto apdorotus sluoksnius arba pereidavo prie egzotinių, karščiui atsparių medžiagų, tačiau tokie sprendimai sumažina našumą, tankį arba aukštą įrenginių integraciją, kuri leidžia lustui būti greitu.
Šįkart grupė išvengė krosnies. Jie sujungė du esminius žingsnius. Pirma: tranzistoriai be jungčių, kurie sudėtingus, aukštai temperatūrai jautrius inžinerinius žingsnius atlieka dar prieš sluoksniavimą. Antra: itin plonos silicio nanomembranos, lanksčios vienakristalio silicio plėvelės, kurias galima pritaikyti kaip plėvelę esant žemesnei nei 200 °C temperatūrai. Membranos priglunda prie paviršiaus po jomis, vengdamos tuštumų ir kitų sujungimo defektų, kurie vargina rigidžius plokštelė prie plokštelės metodus.
Rezultatas: monolitinė trimačė (3D) integracija, kuri išlaiko elektrinę kokybę ir gamybinę išeigą, kurios tikisi inžinieriai iš šiandieninių lustų, tuo pačiu sluoksniuodama logiką ir atmintį per kelis sluoksnius. Eksperimentuose komanda sukonstruojo veikiančius grandynus ir atminties ląsteles per tris vertikaliai sukrautas sluoksnius, tai yra koncepcijos įrodymas, patvirtinantis metodą ir rodantis galimybes plėtrai.
Tai pirmasis demonstravimas, kuriame pavyko atitikti šiluminį biudžetą tikrai monolitinei 3D integracijai, naudojant standartinį vienakristalį silicį ir tuo pačiu pasiekiant konkurencingą našumą.
Kodėl tai svarbu? Daugiau tranzistorių toje pačioje tūrio apimtyje reiškia didesnę skaičiavimo tankį, greitesnius tarpusavio ryšius ir galimai mažesnes energijos sąnaudas vienam veiksmui. Tai Moore'o dėsnio esmė: sutalpinti daugiau tranzistorių į tą patį kaštų ribą ir taip didinti našumą. Kai horizontali skalė atsiremia į ribas, vertikali skalė suteikia aiškų kelią toliau tobulinti klasikinius procesorius.
Yra pastabų. Laboratorijoje sukrauti įrenginiai šiuo metu veikia didesnėmis nei įprasta įtampomis, tai yra detalė, kurią lustų dizaineriai norės išspręsti prieš gamykloms pritaikant metodą. Be to, naujos gamybos technologijos mastelio didinimas nuo akademinių grynųjų kambarių iki komercinių gamyklų visuomet kelia klausimų dėl išeigos, pralaidumo ir kaštų. Vis dėlto mokslininkai praneša apie aukštą išeigą savo bandymuose ir teigia, kad metodas gali būti pritaikytas pramoniniams procesams.
Net jei kvantinis skaičiavimas sprendžia kitokius uždavinius, klasikiniai silicio įrenginiai liks daugelio skaičiavimo užduočių stuburu. Jei monolitinis sluoksniavimas bus pramonizuotas, jis galėtų pratęsti tranzistorių mastelio didinimo gaires, neatsisakant silicio ekosistemos, kuri maitina viską nuo telefonų iki debesų serverių.
Publikuota žurnale Nature, darbas labiau primena praktinį veikimo planą lustų gamintojams, svarstantiems, kas toliau, o ne vien teorinį nukrypimą. Tolimesnius skyrius kurs gamyklos, tačiau kelio žemėlapis pagaliau yra rankose.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą