Исследователи из Пекинского университета в Китае разработали самые маленькие и энергоэффективные в мире транзисторы, которые могут стать основой для чипов искусственного интеллекта (ИИ) будущего. Эти чипы, называемые сегнетоэлектрическими полевыми транзисторами (FeFET), имитируют работу человеческого мозга, что делает их мощными и в то же время эффективными.

Полупроводниковые чипы подарили нам мир, в котором мы можем общаться с людьми на разных континентах, играть с друзьями, которые находятся далеко от нас, и помогли создать самые быстрые суперкомпьютеры на сегодняшний день.

По мере развития таких технологий, как квантовые вычисления, недостатки кремниевых чипов становятся все более очевидными. Недавний бум искусственного интеллекта, требующий обработки огромных массивов данных, показал, насколько неэффективны вычисления на основе кремния, поскольку они потребляют много электроэнергии и выделяют значительное количество тепла.

Почему вычисления неэффективны?

Обычные полупроводниковые чипы на основе кремния устроены таким образом, что хранение данных и вычисления разделены. Это означает, что при выполнении сложных вычислений данные необходимо перемещать между этими областями, а на этот процесс тратятся время и энергия.

В связи с растущим спросом на приложения с искусственным интеллектом чипам теперь приходится обрабатывать больше данных, чем когда-либо прежде. При использовании традиционного подхода ученым придется создавать более крупные чипы, которые смогут обрабатывать информацию быстрее.

Альтернативный подход заключается в том, чтобы разместить центры хранения и обработки данных в одном месте, как это происходит в человеческом мозге, что позволит сэкономить место и снизить энергопотребление.

Воплощение идей в реальность

Идея создания чипов, имитирующих человеческий мозг, существует уже давно. Феррит-индиевые полевые транзисторы — идеальный кандидат для таких устройств, поскольку их блоки хранения и обработки данных устроены одинаково. Однако запись и стирание данных в этих транзисторах требуют больших затрат энергии.

В то время как современные логические схемы работают при напряжении ниже 0,7 В, у полевых транзисторов на основе феррита относительно высокое рабочее напряжение — 1,5 В. По словам ученых, это все равно что открывать тяжелую дверь.

Исследователи Цю Чэнгуан из Пекинского университета и Пэн Ляньмао из Китайской академии наук решили преодолеть это препятствие с помощью новой структуры транзистора.

Исследователи использовали передовые методы обработки, чтобы уменьшить размер управляющего электрода до одного нанометра. Для сравнения: ширина молекулы ДНК составляет два нанометра. Таким образом, управляющий электрод должен был быть изготовлен с точностью до атомного масштаба.

Реструктурированный транзистор способствует формированию электрического поля в сегнетоэлектрическом слое, что позволяет ему работать при напряжении всего 0,6 В. Таким образом, наноразмерный транзистор потребляет примерно в десять раз меньше энергии, чем полевые транзисторы на основе сегнетоэлектриков.

Помимо более низкого энергопотребления, этот транзистор обеспечивает высокую скорость работы с временем отклика всего 1,6 наносекунды.

Ожидается, что полевые транзисторы на основе железа, разработанные китайскими исследователями, помогут сформировать будущее искусственного интеллекта благодаря возможности экономить энергию, ускорять вычисления и занимать очень мало места. Пекинский университет запатентовал технологию и конструкцию этих чипов.

Это не только поможет нам создавать энергоэффективные центры обработки данных и высокопроизводительные чипы, но и откроет возможность создания чипов с топологическими нормами менее 1 нм, сообщили исследователи South China Morning Post.