В Китае разработали сверхминиатюрный и энергоэффективный транзистор

Исследователи из Пекинского университета представили новую архитектуру транзистора, которая может стать основой для будущих вычислительных систем, в том числе для устройств искусственного интеллекта. Созданный ими элемент отличается крайне малым размером и сниженным энергопотреблением, что особенно важно для современных микросхем.

Полупроводниковые технологии лежат в основе практически всей современной электроники — от смартфонов до центров обработки данных. Однако по мере роста вычислительных нагрузок, особенно связанных с обработкой больших данных и работой нейросетей, традиционные архитектуры начинают сталкиваться с ограничениями. Главная проблема заключается в высоком энергопотреблении и тепловыделении, которое сопровождает интенсивные вычисления.

Одной из причин является классическая структура микросхем, в которой память и вычислительные блоки разделены. Для выполнения операций данные постоянно передаются между этими элементами, что приводит к дополнительным энергетическим затратам и снижает общую эффективность системы.

В качестве альтернативы традиционным решениям исследователи рассматривают нейроморфные архитектуры — системы, где хранение и обработка информации совмещены в одном элементе. Такой подход во многом повторяет принципы работы человеческого мозга и позволяет уменьшить количество операций передачи данных.

Перспективным вариантом для реализации подобных схем считаются сегнетоэлектрические полевые транзисторы (FeFET). Они способны совмещать функции памяти и логических элементов, однако имеют важный недостаток: для записи и стирания информации требуется сравнительно высокое напряжение. Если обычные логические схемы работают при напряжении менее 0,7 В, то FeFET-устройствам обычно требуется около 1,5 В.

Команда ученых предложила новую конструкцию транзистора, которая позволяет значительно снизить рабочее напряжение. В разработке используется управляющий электрод толщиной порядка одного нанометра. Такое решение обеспечивает формирование необходимого электрического поля в сегнетоэлектрическом слое даже при напряжении около 0,6 В.

Благодаря новой архитектуре удалось существенно повысить энергоэффективность устройства. По оценкам разработчиков, созданный транзистор потребляет примерно в десять раз меньше энергии по сравнению с традиционными сегнетоэлектрическими транзисторами.

При этом устройство демонстрирует высокую скорость переключения — около 1,6 наносекунды. Сочетание быстродействия, миниатюрных размеров и низкого энергопотребления делает такую технологию перспективной для создания аппаратных решений следующего поколения.

По мнению исследователей, подобные транзисторы могут использоваться в специализированных процессорах для искусственного интеллекта, энергоэффективных вычислительных системах и будущих архитектурах микросхем. Разработчики уже подали патентную заявку на предложенную технологию и считают, что дальнейшее развитие этого направления позволит приблизиться к созданию электронных компонентов с технологическим размером менее одного нанометра.