+22 голоса |
Еще в 1965 году Гордон Мур впервые предположил, что количество транзисторов и других компонентов в интегральной микросхеме будет удваиваться, что приведет к удвоению скорости работы компьютеров примерно каждые два года. Но спустя 55 лет количество транзисторов, которые можно разместить в чипе почти достигло своего предела.
В то же время развитие вычислительных систем не замедляется. Динамические системы искусственного интеллекта готовы изменить многие аспекты нашей жизни - от безопасности дорожного движения до открытия лекарств и передового производства - что в будущем потребует значительно более мощных вычислительных ресурсов. Чтобы продолжить прогресс в соотвествии с законом Мура, нам нужно будет создавать микросхемы, содержащие до 100 миллиардов транзисторов уже в ближайшие годы.
IBM Research в сотрудничестве со своим давним партнером, компанией Samsung, сообщила о прорыве в разработке микроэлектроники.
По утверждениям компаний, новый подход, называемый полевым транзистором с вертикальным транспортным нанолистом или VTFET (Vertical-Transport Nanosheet Field Effect Transistor), может обеспечить поддержку закона Мура на долгие годы.
Сегодня в подавляющем большинстве полупроводников используются полевые транзисторы с боковым переносом (FET), такие например, как finFET (получивший свое название из-за того, что кремниевый корпус напоминает задний плавник рыбы), которые размещают транзисторы вдоль поверхности пластины. VTFET же размещает транзисторы перпендикулярно кремниевой пластине и направляет поток элекетронов вертикально перпендикулярно к поверхности. Этот новый подход устраняет барьеры масштабирования путем ослабления физических ограничений на длину затвора транзистора и размер контактов, чтобы каждая из этих функций могла быть оптимизирована с точки зрения производительности и энергопотребления.
С помощью VTFET удалось успешно продемонстрировать возможность использования масштабирования узлов размером менее 1 нм в конструкции полупроводниковых КМОП-структур. Данная технология может обеспечить вдвое большую производительность по сравнению с FinFET и другими типами схем полевых транзисторов с боковой транспортировкой. Плюс к этому VTFET обеспечивает сокращение энергопотребления на 85% по сравнению с альтернативами масштабируемых полевых транзисторов с поперечным перемещением.
Новая архитектура VTFET демонстрирует путь к продолжению масштабирования за пределы нанолистов. Еще в мае IBM анонсировала создание чипа с размером узла 2 нанометра, который позволяет разместить до 50 миллиардов транзисторов на площаде размером с ноготь. VTFET позволяет увеличить это число, как минимум, вдвое.
Раньше разработчики помещали в микросхему больше транзисторов за счет уменьшения шага затвора и разводки. Физическое пространство, в котором помещаются все компоненты, называется шагом контактного затвора (Contacted Gate Pitch, CGP). Возможность уменьшения шага затвора и контактов позволила разработчикам интегральных схем перейти сначала от тысяч транзисторов к миллионам, а затем и к миллиардов транзисторов на чип. Но с использованием finFET производители подходили к физическому пределу в этом процессе.
Применение технологии с направлением электрического тока вертикально позволило снять барьеры для масштабирования CGP, сохраняя при этом работоспособность транзистора, контактов и изоляции. Освободившись от ограничений, связанных с боковой компоновкой и протеканием тока, исследователи IBM смогли использовать более крупные контакты истока/стока для увеличения тока. Длину затвора можно выбрать для оптимизации тока возбуждения устройства и утечки, в то время как толщину прокладки можно независимо оптимизировать для снижения емкости на цепь. Больше нет необходимости идти на компромисс между размерами затвора, разделителей и контактов, что может привести к повышению скорости переключения и снижению энергопотребления.
Еще одна ключевая особенность VTFET - это возможность использовать STI для изоляции соседних цепей для достижения необходимого уровня изоляции нулевого диффузионного прерывания (Zero-Diffusion Break, ZDB) без потери шага активного затвора. Для сравнения, плотность схемы полевого транзистора с поперечным переносом зависит от двойных или одинарных диффузионных разрывов, необходимых для изоляции схемы, что ограничивает возможность дальнейшей миниатюризации технологии.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
+22 голоса |