Защо Законът на Мур е на път да спре и как учените в Белгия го спасяват, преминавайки към “транзистори на етажи” (3D дизайн).
През последните 50 години компютрите ставаха все по-бързи и по-евтини. Това се дължи на правило, наречено Закон на Мур (Moore’s Law).
Какво е Законът на Мур? Това е наблюдение, направено от Гордън Мур, съосновател на Intel, че броят на транзисторите (мънички електронни превключватели) върху един микрочип се удвоява приблизително на всеки две години. Този закон е основната причина вашият нов смартфон да е много по-мощен от компютъра, ползван преди десет години.
Проблемът: Вече сме на път да достигнем физическия лимит. Транзисторите, които сега използваме (FinFET), са толкова малки – широки само няколко атома – че стават нестабилни. Те започват да се огъват и чупят, а топлината, която генерират, става твърде голяма. Ако не се намери решение, напредъкът в скоростта на компютрите ще спре.
Решението: IMEC и Новите Технологии
Технологичният свят се обръща към IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) в Льовен, Белгия. Това е уникален изследователски център, който работи като неутрална лаборатория за всички големи играчи (като Intel, Samsung, Nvidia и TSMC). IMEC разработва технологиите за чипове, които ще видим на пазара след 10 до 20 години.
Стъпка 1: Обръщане на Транзистора (GAA)
Първият голям пробив, който решава проблема с FinFET транзисторите, е Gate-All-Around (GAA).
FinFET има форма на “перка” (fin), която става твърде тънка. При GAA инженерите превърнаха тази вертикална перка в хоризонтално подредени нанолистове. Това прави структурата по-стабилна и позволява да се контролира електрическият ток по-добре, без да се чупи при производствения процес. GAA вече навлиза в производството и ще захранва следващото поколение смартфони и видеокарти.
Стъпка 2: Строителство на Етажи (CFET)
GAA ни дава време, но мястото на чипа пак свършва. Решението е да спрем да строим само в две измерения (плоскост) и да започнем да строим вертикално, като небостъргачи.
Така се ражда CFET (Complementary FET).
CFET е първата архитектура, при която два транзистора са подредени един върху друг. Това е първото истинско “3D” строителство на транзистори. По този начин, без да променяме размера на чипа, веднага удвояваме плътността (броя) на транзисторите. Това ще ни позволи да запазим Закона на Мур за още няколко години.
Бъдещето След 3D
Дори CFET има своите ограничения. Затова IMEC вече работи върху това, което ще дойде след 2030 г.. Следващият фокус е не просто да направим отделните транзистори по-добри, а да подобрим цялата система.
Ключовите иновации са:
- Чиплети (Chiplets): Вместо да се прави един огромен чип, се използват множество малки, специализирани чипове (наречени чиплети), които работят заедно. Това прави производството по-гъвкаво и по-евтино.
- Силиконова Фотоника (Silicon Photonics): Това е технологията, която ще позволи на тези чиплети да комуникират помежду си светкавично бързо, използвайки светлина (фотони) вместо електрически сигнали (електрони). Това решава проблема с прегряването и забавянето при предаване на данни в модерните центрове за данни.
- Нови Материали: Търсенето на напълно нов материал, който да замени силиция. Учените експериментират с вещества като германий, графен и 2D кристали, които имат по-добри електрически свойства.
IMEC е централното място, където се кове бъдещето, работейки с най-сложните машини (като High NA EUV на ASML), за да превърне научната фантастика в реалност. Става ясно, че ерата на простото смаляване приключи. Сегашният напредък се дължи на изграждането на чипове на етажи (CFET) и изграждането на комуникационни магистрали от светлина (Фотоника).
