Прогресс наноэлектроники требует петабитных вычислений

На протяжении следующих 10 лет транзисторы продолжат уменьшаться в размерах, в итоге достигнув габаритов своей активной области примерно 5×1 нм. На этом этапе, с детализацией на уровне пяти атомов, достоверные прогнозы заканчиваются, так как в силу вступают явления квантового мира.

Все стандартные инструменты конструирования полупроводниковых устройств исходят из допущения, что материя гладкая и непрерывная и игнорируют существование атомов. Но атомы всё же существуют, и их поведение нужно учитывать при создании устройств, имеющих сопоставимые с ними размеры.

Одно из первых средств, используемых учеными, инженерами и студентами для предсказания поведения будущих нанотранзисторов, разработано группой Герхарда Климека (Gerhard Klimeck), профессора Университета Пердью и директора Сети вычислительной нанотехнологии (Network for Computational Nanotechnology).

ПО NEMO5 (пятая редакция NanoElectronics MOdeling Tools) позволяет симулировать комплексные физические процессы, протекающие при прохождении электрического заряда сквозь транзистор или квантовую точку шириной в несколько атомов, помогает проектировать новые поколения наноэлектронных устройств.

При исследовании пределов современных полупроводниковых технологий группа Климека использует Blue Waters — одну из самых мощных машин для моделирования, симуляций и анализа данных.

С ее помощью ученые нашли существенные отклонения в характеристиках устройств, возникающие при дальнейшей миниатюризации последних, что ставит вопрос о необходимости изменения их конструкции. Полученные результаты вошли в дорожную карту ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) за 2014 г. и будут использоваться многими крупнейшими полупроводниковыми компаниями при планировании будущих исследований и развития.

Команда Климека также использует Blue Waters для изучения перспективных материалов на замену кремнию, в том числе арсенида и антимонида индия, а также графена, углеродных нанотрубок и топологических изоляторов.

«Типичная задача из тех, которыми мы занимаемся, требует моделирования от 100 тыс. до миллиона атомов, — рассказывает Климек. — Десять лет назад ее посчитали бы нерешаемой. Сегодня, с появлением петабитной системы Blue Waters, мы можем решать такие проблемы и помогать проектировать полупроводники для продолжения технологического роста».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365