Discutimos alternativas para o desenvolvimento de produtos semicondutores.
/ foto Taylor Vick UnsplashNa última vez
, conversamos sobre materiais que podem substituir o silício na produção de transistores e expandir suas capacidades. Hoje estamos discutindo abordagens alternativas para o desenvolvimento de produtos semicondutores e qual aplicativo eles encontrarão em data centers.
Transistores piezoelétricos
Tais dispositivos possuem em sua estrutura componentes piezoelétricos e piezoresistivos. O primeiro converte impulsos elétricos em sons. O segundo absorve essas ondas sonoras, contrai e, consequentemente, abre ou fecha o transistor. O seleneto de samário (
slide 14 ) é usado como substância piezoresistiva - dependendo da pressão,
ele se comporta como um semicondutor (com alta resistência) ou como um metal.
Um dos primeiros a apresentar o conceito de um transistor piezoelétrico na IBM. Os engenheiros da empresa desenvolvem-se nesta área
desde 2012 . Seus colegas do Laboratório Físico Nacional da Grã-Bretanha, da Universidade de Edimburgo e de Auburn também trabalham nessa direção.
Um transistor piezoelétrico dissipa significativamente menos energia que os dispositivos de silício. Primeiro, eles
planejam usar a tecnologia em pequenos aparelhos, dos quais é difícil remover o calor - smartphones, rádios, radares.
Transistores piezoelétricos também podem ser usados em processadores de servidor para data centers. A tecnologia aumentará a eficiência energética do hardware e reduzirá o custo dos operadores de data center na infraestrutura de TI.
Transistores de tunelamento
Uma das principais tarefas dos fabricantes de dispositivos semicondutores é o design de transistores que podem ser comutados em baixas tensões. Transistores de túnel são capazes de resolvê-lo. Tais dispositivos são controlados pelo
efeito do túnel quântico .
Assim, quando uma voltagem externa é aplicada, a comutação do transistor é mais rápida, uma vez que os elétrons têm maior probabilidade de atravessar a barreira dielétrica. Como resultado, o dispositivo requer várias vezes uma tensão mais baixa para operar.
O desenvolvimento de transistores de tunelamento envolveu cientistas do MIPT e da Universidade Japonesa de Tohoku. Eles usaram o grafeno de duas camadas para
criar um dispositivo que funciona de 10 a 100 vezes mais rápido que os de silicone. Segundo os engenheiros, sua tecnologia
permitirá projetar processadores que serão vinte vezes mais produtivos que os modelos modernos.
/ foto PxHere PDEm momentos diferentes, protótipos de transistores de tunelamento foram implementados usando vários materiais - além do grafeno, eles eram
nanotubos e
silício . No entanto, a tecnologia ainda não saiu dos muros dos laboratórios, e não há dúvida de produção em larga escala de dispositivos baseados nela.
Transistores de rotação
Seu trabalho é baseado no movimento dos spins dos elétrons. As rotações se movem usando um campo magnético externo, ordenando-as em uma direção e formando uma corrente de rotação. Os dispositivos que trabalham com essa corrente consomem cem vezes menos energia que os transistores de silício e
podem alternar a uma velocidade de um bilhão de vezes por segundo.
A principal vantagem dos dispositivos de rotação é a sua versatilidade. Eles combinam as funções de um dispositivo de armazenamento de informações, um detector para lê-lo e um comutador para transmiti-lo a outros elementos do chip.
Acredita-se que o primeiro conceito de transistor de rotação tenha sido
introduzido pelos engenheiros Supriyo Datta e Biswajit Das em 1990. Desde então, grandes empresas de TI,
como a Intel , iniciaram o desenvolvimento nessa área. No entanto, como os engenheiros
admitem , os transistores de rotação ainda não aparecerão nos produtos de consumo.
Transistores de metal para ar
Em sua essência, os princípios de operação e o design do transistor metal-ar se assemelham aos transistores
MOSFET . Com algumas exceções: o dreno e a fonte do novo transistor são eletrodos de metal. O obturador do dispositivo está localizado embaixo deles e é isolado com um filme de óxido.
O dreno e a fonte são separados um do outro a uma distância de trinta nanômetros, o que permite que os elétrons passem livremente pelo espaço aéreo. A troca de partículas carregadas ocorre devido à
emissão em campo .
O desenvolvimento de transistores de metal-ar
envolvidos em uma equipe da Universidade de Melbourne - RMIT. Os engenheiros dizem que a tecnologia "dará nova vida" à lei de Moore e permitirá a construção de redes 3D inteiras a partir de transistores. Os fabricantes de chips poderão parar de se envolver em uma redução sem fim nos processos tecnológicos e se envolverão na formação de arquiteturas 3D compactas.
Segundo os desenvolvedores, a frequência operacional do novo tipo de transistores excederá centenas de gigahertz. O lançamento da tecnologia para as massas expandirá as capacidades dos sistemas de computação e aumentará o desempenho dos servidores nos data centers.
Agora, a equipe está procurando investidores para continuar suas pesquisas e resolver dificuldades tecnológicas. Os eletrodos de dreno e fonte derretem sob a influência de um campo elétrico - isso reduz o desempenho do transistor. Eles planejam corrigir a deficiência nos próximos dois anos. Depois disso, os engenheiros iniciarão os preparativos para o lançamento do produto no mercado.
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