Intel отправит КМОП-транзистор на пенсию, встречаем логику MESO
В компании Intel отмечают, что классическим логическим элементам в нашей электронике — транзисторам — исполнилось 70 лет. Почётный возраст, который намекает, что пора отправляться на пенсию. Но проблема, конечно же, в другом. Техпроцесс КМОП с его материалами и циклами приближается к барьеру, после которого нельзя будет ни уменьшить масштабы технологических норм, ни повысить скорость работы транзисторов. Между тем, потребность в наращивании плотности транзисторов, в росте их производительности и в снижение потребления необходимы как никогда раньше. Этого требуют новые алгоритмы и новые сценарии использования вычислительной техники — обработка Боьших Данных, ИИ и тому подобные ресурсоёмкие задачи, не говоря уже о банальном прогнозе погоды или моделировании ядерных взрывов. Но если по проторенному пути движение становится невозможным, остаётся только сделать шаг в стороны и идти по новому пути? Не так ли?
Компания Intel сообщила, что она вместе с учёными из Университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) разработала новый логический элемент, который может стать заменой транзистору. Что принципиально, новые элементы позволят строить вычислительную архитектуру на той же фон-неймановской логике, что и до сих пор. Это означает упрощение жизни не только проектировщикам, но также программистам, ибо сулит если не прямую совместимость программного обеспечения, то хотя бы сохранение логики составления кода. При этом новые «транзисторы» будут требовать питание до 5 раз меньше, чем для КМОП-логики и обеспечат снижение потребления чипов до 30 раз. В эксперименте питание нового элемента осуществлялось напряжением 0,5 В с расчётным показателем снижения до 0,1 В (отсчёт брался с учётом питания для КМОП транзисторов на уровне 3 В).
Итак, что же это за элемент? Вместо транзистора предложена магнитоэлектрическая спин-орбитальная структура MESO (magneto-electric spin-orbit). Для элемента MESO, как заявляют в Intel, используются «квантовые» материалы с рабочими температурами в районе комнатных. Определение «квантовые» необходимо понимать как условное. Логика MESO лишь опирается на туннельные эффекты в полупроводниковых структурах с использованием переноса вращательного момента с помощью спин-орбитального момента электронов. Это область так называемой спинтроники, когда вместо тока электронов происходит спиновый ток или передача спина. Эти эффекты уже используют в экспериментальных ячейках памяти MRAM, так что это уже в некоторой степени изученная область. И, да, для генерации спинового тока необходимо куда меньше энергии, чем для генерации тока электронов.
Наконец, элемент MESO не просто вентиль, это ещё и энергонезависимая ячейка памяти типа MRAM. Два в одном. Фактически данные могут храниться там, где они обрабатываются и при этом не требуют энергии для удержания данных. Это путь к вычислительным архитектурам, имитирующим мыслительные процессы в мозге. Тоже, в общем-то, один из путей прорыва на новые высоты. Как всё это работает?
В качестве материала взято соединение висмута, железа и кислорода (BiFeO3). Это так называемый мультиферроик (данное соединение получено несколько лет назад в калифорнийском Университете в Беркли). Мультиферроики (сегнетомагнетики) от ферромагнетиков или сегнетоэлектриков отличаются тем, что могут характеризоваться двумя или большим числом упорядоченностей. Например, если под действием внешнего электромагнитного поля ферромагнетики проявляют намагниченность, а сегнетоэлектрикики начинают генерировать ток, то мультиферроики одновременно делают то и другое (два в одном, да). В материале BiFeO3, в частности, атомы железа и кислорода формируют электрический диполь и связанный с ним магнитный (спиновый) вектор. Внешнее электромагнитное поле может вертеть диполем как угодно, но при этом происходит связанное и возможное для регистрации изменение магнитного вектора. Иначе говоря, происходит как переключение логического элемента, так и запись данных в ячейку с возможностью последующего считывания.
Все представленные разработки находятся на ранних стадиях исследования. Когда они станут коммерческим продуктом, сегодня никто не скажет. Через пять лет, десять лет, двадцать лет? Важно понимать лишь одно, прогресс остановить нельзя. Замедлить можно, но остановить — нет.
Компания Intel сообщила, что она вместе с учёными из Университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) разработала новый логический элемент, который может стать заменой транзистору. Что принципиально, новые элементы позволят строить вычислительную архитектуру на той же фон-неймановской логике, что и до сих пор. Это означает упрощение жизни не только проектировщикам, но также программистам, ибо сулит если не прямую совместимость программного обеспечения, то хотя бы сохранение логики составления кода. При этом новые «транзисторы» будут требовать питание до 5 раз меньше, чем для КМОП-логики и обеспечат снижение потребления чипов до 30 раз. В эксперименте питание нового элемента осуществлялось напряжением 0,5 В с расчётным показателем снижения до 0,1 В (отсчёт брался с учётом питания для КМОП транзисторов на уровне 3 В).
Итак, что же это за элемент? Вместо транзистора предложена магнитоэлектрическая спин-орбитальная структура MESO (magneto-electric spin-orbit). Для элемента MESO, как заявляют в Intel, используются «квантовые» материалы с рабочими температурами в районе комнатных. Определение «квантовые» необходимо понимать как условное. Логика MESO лишь опирается на туннельные эффекты в полупроводниковых структурах с использованием переноса вращательного момента с помощью спин-орбитального момента электронов. Это область так называемой спинтроники, когда вместо тока электронов происходит спиновый ток или передача спина. Эти эффекты уже используют в экспериментальных ячейках памяти MRAM, так что это уже в некоторой степени изученная область. И, да, для генерации спинового тока необходимо куда меньше энергии, чем для генерации тока электронов.
Наконец, элемент MESO не просто вентиль, это ещё и энергонезависимая ячейка памяти типа MRAM. Два в одном. Фактически данные могут храниться там, где они обрабатываются и при этом не требуют энергии для удержания данных. Это путь к вычислительным архитектурам, имитирующим мыслительные процессы в мозге. Тоже, в общем-то, один из путей прорыва на новые высоты. Как всё это работает?
В качестве материала взято соединение висмута, железа и кислорода (BiFeO3). Это так называемый мультиферроик (данное соединение получено несколько лет назад в калифорнийском Университете в Беркли). Мультиферроики (сегнетомагнетики) от ферромагнетиков или сегнетоэлектриков отличаются тем, что могут характеризоваться двумя или большим числом упорядоченностей. Например, если под действием внешнего электромагнитного поля ферромагнетики проявляют намагниченность, а сегнетоэлектрикики начинают генерировать ток, то мультиферроики одновременно делают то и другое (два в одном, да). В материале BiFeO3, в частности, атомы железа и кислорода формируют электрический диполь и связанный с ним магнитный (спиновый) вектор. Внешнее электромагнитное поле может вертеть диполем как угодно, но при этом происходит связанное и возможное для регистрации изменение магнитного вектора. Иначе говоря, происходит как переключение логического элемента, так и запись данных в ячейку с возможностью последующего считывания.
Все представленные разработки находятся на ранних стадиях исследования. Когда они станут коммерческим продуктом, сегодня никто не скажет. Через пять лет, десять лет, двадцать лет? Важно понимать лишь одно, прогресс остановить нельзя. Замедлить можно, но остановить — нет.
Ещё новости по теме:
18:20