Przełom w budowie procesorów - będą szybsze i bardziej energooszczędne

Wiedeńscy naukowcy na warsztat wzięli tranzystor i wprowadzili w nim znaczącą innowację. Dzięki możliwości programowania jego charakterystyki przed technologią krzemową stoją nowe rezerwy wydajności.

nauka

Arkadiusz Strzała17 stycznia 2022

W SKRÓCIE:

tranzystory nowego typu z dodatkiem germanu mogą znacznie zwiększyć wydajność układów scalonych.

Krzem w układach scalonych nie powiedział jeszcze ostatniego słowa, choć technologie mające go zastąpić wydają się być za rogiem – mamy na myśli procesory kwantowe i grafenowe. Naukowcy z Uniwersytetu Technicznego w Wiedniu zamiast kombinować dalej z miniaturyzacją wzięli na warsztat sam tranzystor i wprowadzili w nim znaczącą innowację. Dzięki niej, przy zachowaniu podobnej mocy obliczeniowej, możliwe będzie zredukowanie ich liczby o nawet 85%.

Łączymy dwie elektrody za pomocą niezwykle cienkiego drutu wykonanego z germanu, poprzez interfejsy wysokiej jakości. Nad segmentem germanowym umieszczamy elektrodę bramki, taką jak w konwencjonalnych tranzystorach. Decydujące jest jednak to, że nasz tranzystor posiada dodatkową elektrodę sterującą, umieszczoną na styku germanu i metalu. Może ona dynamicznie programować działanie tranzystora.

– wyjaśnia dr Masiar Sistani, członek zespołu badawczego.

Nowością jest dodatek germanu, który ma dość szczególne właściwości elektryczne. Powyżej pewnego progu wartości przyłożonego napięcia wzrasta rezystancja, co wpływa na przepływ prądu. Dalej dr Sistani wyjaśnia, co to daje w technologii tranzystora:

Za pomocą elektrody sterującej możemy modulować, przy jakim napięciu leży ten próg. Dzięki temu uzyskujemy nowe stopnie swobody, które możemy wykorzystać do nadania tranzystorowi dokładnie takich właściwości, jakich w danej chwili potrzebujemy.

Przełom w budowie procesorów - będą szybsze i bardziej energooszczędne - ilustracja #1

Tranzystor z germanowymi elektrodami programującymi (niebieski kolor). Źródło: Uniwersytet Techniczny w Wiedniu

Dzięki temu, że staje się możliwa zmiana charakterystyki tranzystora, do wykonania danej instrukcji będzie ich potrzebne mniej, co wyjaśnia prof. Walter Weber, członek zespołu naukowców:

Operacje arytmetyczne, które wcześniej wymagały 160 tranzystorów, dzięki tej zwiększonej zdolności adaptacyjnej są możliwe przy użyciu 24 tranzystorów. W ten sposób można również znacznie zwiększyć szybkość i efektywność energetyczną obwodów.

Grupa wiedeńskich naukowców szuka odpowiedzi na pytania – co zrobić, gdy dalsza miniaturyzacja staje się fizycznie niemożliwa, a zwiększanie skomplikowania układów (liczby tranzystorów) także nie wchodzi w rachubę? Dzięki nowej technologii obecny poziom złożoności procesorów może być wystarczający do osiągnięcia wielokrotnie większej mocy obliczeniowej przy jednocześnie mniejszym zużyciu energii.

Tranzystor

Trójelektrodowy element półprzewodnikowy sterujący przepływem prądu. Jedno z największych osiągnięć elektroniki, najbardziej podstawowa część układów scalonych. Obecnie najczęściej spotyka się tranzystory bipolarne (PNP, NPN) i polowe (FET, Field Effect Transistor). Te drugie wykorzystują pole elektryczne generowane przez napięcie przyłożone do bramki (jedno ze złączy) do wpływania na prąd płynący pomiędzy źródłem i drenem (pozostałe przyłącza). W uproszczeniu można wyobrazić to sobie jako rodzaj przełącznika sterowanego elektrycznie, używanego do konstruowania obwodów logicznych w układach scalonych.

Krzem wydaje się nadal walczyć, ale czy wygra z technologią kwantową, która odnosi kolejne sukcesy?

Tani, łatwo dostępny komputer kwantowy. Tak, to możliwe

Czytaj więcej:Znaleźli sposób, żeby zhakować wyłączonego iPhone'a. Apple nie komentuje

POWIĄZANE TEMATY: nauka komputery ciekawostki CPU / procesory wynalazki

Arkadiusz Strzała

Swoją przygodę z pisaniem zaczynał od własnego bloga i jednego z wczesnych forum (stworzonego jeszcze w technologii WAP). Z wykształcenia jest elektrotechnikiem, posiada zamiłowanie do technologii, konstruowania różnych rzeczy i rzecz jasna – grania w gry komputerowe. Obecnie na GOL-u jest newsmanem i autorem publicystyki, a współpracę z serwisem rozpoczął w kwietniu 2020 roku. Specjalizuje się w tekstach o energetyce i kosmosie. Nie stroni jednak od tematów luźniejszych lub z innych dziedzin. Uwielbia oglądać filmy science fiction i motoryzacyjne vlogi na YouTube. Gry uruchamia głównie na komputerze PC, aczkolwiek posiada krótki staż konsolowy. Preferuje strategie czasu rzeczywistego, FPS-y i wszelkie symulatory.

Xiaomi 15 będzie podobno wyposażony w Snapdragona 8 Gen 4

Grok AI zawitało na X. Stories wygeneruje podsumowanie postów

Jakość dźwięku na Spotify może już wkrótce wzrosnąć

AMD traci kolejnego partnera? Nadchodzący Exynos ma korzystać z GPU Samsunga

Najnowsza aktualizacja Windowsa 10 i 11 psuje VPN i nie ma na to na razie rozwiązania