Чипы становятся меньше, их возможности растут

Снижение потребностей рабочей единицы процессоров даст возможность уместить в чипе больше таковых в погоне за производительностью

Создание более мощных процессоров – никогда не завершащаяся гонка. На сегодняшний день разработчики смогли уменьшить размер транзисторов до такой степени, что в настоящее время процессоры способны уместить их в количестве, исчисляемом миллиардами. А пару десятков лет назад счет шел на тысячи.

Согласно закону Гордона Мура число транзисторов в чипе увеличивается в два раза за 2 года. Теперь же создатели столкнулись с трудной задачей: напряжение, которое необходимо транзистору для изменения заряда между 0 и 1 составляет по-прежнему все те же примерно 60 мВт.

Это означает, что подведение такого напряжения к сотням миллионов трансзисторов вызовет проблему отведения тепла от них — она еще более сложна, чем уменьшение их размеров и увеличение их числа.
В Университете Калифорнии в Беркли ученым удалось найти решение, позволяющее сделать транзисторы более «экономичными», за счет чего снизится показатель энергии, необходимой для работы процессора.

«Как в «Формуле 1», чем быстрее вы едете на своем автомобиле, тем горячее он становится. Потому ключ к быстрому процессору – создать блок трансзисторов, которые энергоэффективнее. К сожалению, напряжение тока, необходимое для работы, наподобие топливу для машины, застряло на значении в 1 Вольт на протяжении примерно 10 лет из-за фундаментальной физики этой области. Транзисторы не стали «экономичными», как того требует рынок с его жаждой большей скорости компьютеров. Кажется, нам удалось изменить это», — говорит Азиф Кан (Asif Khan), специалист в области электронной инженерии и компьютерных наук.
Дуэт ученых во главе с профессором Саифом Салахуддином (Sayeef Salahuddin) исследует различные экзотические сегнетоэлектрики (англ. — ferroelectric) для снижения потребностей вольтажа у транзисторов. Особенностью этих материалов является сохранение полярности даже в отсутствие тока. Воздействие внешнего электрического поля может изменить ее. Используемые сплавы называются свинца цирконит титанат, который связан в пару с диэлектриком стронция титанатом. Эта модификация должна генерировать больший заряд при меньшем напряжении для генерации 0 и 1.

Над этим проектом работа идет с 2008 года, а в настоящее время впервые продемонстрированы конденсаторы, изготовленные из сегнетоэлектрического материала.

Исследователи впервые обнаружили, что такой компонент в паре с изолятором могут усилить напряжение в результате феномена отрицательного накопления.
Эта работа нужна была, чтобы достичь и овладеть эффектом негативного накопления как оптимальной стратегией для преодоления повышенной энергопотребности сегодняшних транзисторов. Если удастся создать на ее основании более низковольтные транзисторы без отрицательного влияния на производительность и скорость их работы, это может дать новый толчок прогрессу и изменить всю компьютерную индустрию.