Революция микрочипов: ученые нашли способ уменьшить транзисторы до уровня ниже 4 нанометров

Мир современной электроники стоит на пороге нового технологического рубежа. Исследователи из Корейского института передовых технологий (КАИСТ) с помощью квантово-механического моделирования смогли определить фундаментальные пределы миниатюризации транзисторов. Это открытие позволит резко повысить производительность смартфонов, серверов и систем искусственного интеллекта. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает сообщает.

Транзисторы представляют собой крошечные переключатели, управляющие электрическим током в микросхемах. Хотя индустрия сейчас говорит о переходе на 2-нанометровые техпроцессы, реальные физические размеры транзисторов все еще остаются выше 10 нанометров. По данным иксбт.ком, основным препятствием на пути к дальнейшему уменьшению размеров является эффект квантового туннелирования.

Эффект квантового туннелирования — это явление, при котором электроны начинают «просачиваться» сквозь энергетические барьеры, которые непреодолимы согласно законам классической физики. Это приводит к утечке тока и потере контроля над транзистором. В результате устройство перестает работать стабильно. Ученые КАИСТ провели расчеты на атомном уровне, чтобы устранить именно эту проблему.

Квантовая механика и новые материалы

Команда под руководством профессора Йон-Хун Кима использовала специальную методику под названием МС-ДФТ (мулти-спаке констраинед-сеарч денситй функтионал теорй). Этот метод позволяет моделировать не только материалы, но и целые электронные устройства, включая сложные интерфейсы металл-полупроводник. В качестве основного материала был выбран дисульфид молибдена (МоС2) толщиной в один атом.

Проведенные цифровые эксперименты показали, что уровень утечки электронов зависит не только от материала канала, но и от выбора металла и геометрии контактов. Это означает, что пределы миниатюризации не являются строго фиксированными, и их можно расширить с помощью инженерных решений.

По выводам ученых, критическую длину, при которой эффект квантового туннелирования нарушает работу транзистора, можно снизить до уровня ниже 4 нанометров. Это значительно опережает текущие технологические ожидания. Для достижения такого результата предлагается стратегия комбинирования двумерных материалов с различными свойствами.

Какими будут процессоры будущего?

Это открытие в будущем выведет энергоэффективность чипов, производимых такими гигантами, как Apple, NVIDIA или Intel, на новый уровень. Чем меньше транзисторы, тем больше элементов можно разместить на одном чипе и тем ниже будет энергопотребление.

Новая стратегия проектирования, предлагаемая авторами исследования, обещает следующие преимущества:

• Значительное снижение энергопотребления;
• Увеличение скорости вычислений в несколько раз;
• Сдерживание тепловыделения внутри чипа;
• Создание сверхмощных процессоров для алгоритмов искусственного интеллекта.

Резюмируя, работа ученых КАИСТ доказывает, что «закон Мура» в индустрии полупроводников еще не утратил своей силы и существуют новые горизонты для технологического прогресса. Теперь очередь за внедрением этих теоретических моделей в реальный производственный процесс.