Čínští vědci vyvinuli revoluční tranzistor pro budoucnost umělé inteligence

Výzkumníci z Pekingské univerzity v Číně vyvinuli světově nejmenší a energeticky nejúčinnější tranzistory, které by mohly pohánět budoucí čipy umělé inteligence (AI). Tyto takzvané feromagnetické tranzistory s polem (FeFETs) napodobují fungování lidského mozku, čímž jsou výkonné a zároveň efektivní.

Polovodičové čipy nám přinesly svět, kde můžeme komunikovat přes kontinenty, hrát hry s přáteli, kteří nejsou ve stejné místnosti, a pomohly vybudovat nejrychlejší superpočítače současnosti. S rozvojem technologií, jako je kvantové počítání, se však ukazují i nedostatky křemíkových čipů. Nedávný boom AI, který vyžaduje zpracování obrovského množství dat, odhalil neefektivitu křemíkového počítání, které spotřebovává velké množství elektřiny a generuje značné odpadní teplo.

Konvenční polovodičové čipy na bázi křemíku jsou navrženy tak, aby oddělovaly ukládání dat a výpočetní operace. To znamená, že data je nutné během složitých výpočtů přesouvat mezi těmito oblastmi, což spotřebovává čas a energii. S rostoucí poptávkou po aplikacích AI musí čipy zpracovávat více dat než kdykoli předtím. Při použití konvenčního přístupu by vědci museli stavět větší čipy, které by také zpracovávaly informace rychleji.

Alternativním přístupem je spojit centra pro ukládání dat a zpracování do jednoho místa, podobně jako v lidském mozku, což umožňuje úsporu místa a energie. Myšlenka stavby čipů napodobujících lidský mozek existuje již dlouho. FeFETs jsou pro takové aplikace ideálními kandidáty, protože jejich jednotky pro ukládání dat a zpracování jsou totožné. Nicméně zápis a mazání dat na těchto tranzistorech je energeticky náročné. Zatímco moderní logické obvody pracují při napětích pod 0,7 V, FeFETs mají relativně vyšší provozní napětí 1,5 V. Vědci to přirovnávají k otevírání těžkých dveří.

Výzkumníci Qiu Chenguang z Pekingské univerzity a Peng Lianmao z Čínské akademie věd se rozhodli tuto překážku překonat novou strukturou tranzistoru. Použili pokročilé techniky zpracování ke zmenšení hradlové elektrody na pouhý jeden nanometr. Pro srovnání, šířka molekuly DNA je dva nanometry. Hradlová elektroda tedy musela být vyrobena s přesností na atomární úrovni.

Restrukturalizovaný tranzistor umožňuje vytvoření elektrického pole napříč feromagnetickou vrstvou, což umožňuje provoz při napětích již od 0,6 V. Nanometr tranzistor tak spotřebuje přibližně desetinu energie oproti standardním FeFETs. Kromě nižší spotřeby energie tranzistor také poskytuje vysokorychlostní provoz s odezvou pouhých 1,6 nanosekundy.

Díky schopnosti dosáhnout úspory energie a rychlejších výpočtů, spolu s extrémně malým rozměrem, se očekává, že FeFETs vyvinuté čínskými výzkumníky pomohou formovat budoucnost AI. Pekingská univerzita si již patentovala proces a design těchto čipů. Výzkumníci uvedli pro South China Morning Post, že to nejen pomůže při budování energeticky účinných datových center a vysoce výkonných čipů, ale také otevře možnost budování node čipů v sub-1 nm měřítku.