KTH-forskare vill lura Moore’s lag med transistorer i germanium

Vi närmar oss övergången till 14 nanometers tillverkningsteknik för processorer, och med allt större svårigheter i tillverkningen kan prestandaökningen komma att sakta ner markant framöver. Men forskare på KTH vill se kretsprestandan fortsätta stiga genom att testa nya material och bygga kretsarna på nya sätt.

Det säger sig själv att det blir svårare och svårare att tillverka processorer när storleken på transistorerna ungefär halveras omkring var 18:e månad – men hur kan man kringå den tendensen så att utvecklingen inte stannar upp? Dagens transistorer närmar sig 14 nanometer, vilket är den tillverkningsteknik som Intel förväntas introducera med sina Broadwell-processorer mot slutet av året, och många ställer sig tveksamma till att vi kommer kunna utveckla mycket mindre transistorer efter det.

Tekniker är på väg, bland annat inom ny litografi-utrustning, som kommer tillåta tillverkningstekniker ner mot 7 nanometer, men här börjar svårigheter i materialet sätta gränserna. Kisel har varit det primära materialet för transistortillverkning under många årtionden, men i takt med att vi närmar oss ett fåtal atomer i storlek på transistorerna är det dags att se sig omkring efter andra lösningar.

Forskare på KTH med professor Mikael Österling i spetsen kommer nu inleda ett projekt för att ta fram experimentella processorer där de kan öka prestandan med andra metoder än att bara krympa transistorerna.

“I detta forskningsprojekt ska vi göra transistorerna i materialet germanium som i sin tur möjliggör att man sänker spänningsnivån i kretsarna och därigenom minskar strömförbrukningen drastiskt.”
– Mikael Österling, professor i nanoteknik, Kungliga Tekniska Högskolan

En lösning är att göra sig av med kislet i tillverkningen och istället testa material som kan ge bättre prestanda med bibehållen transistorstorlek. Germanium är kandidaten som valts till det här projektet, då det har högre konduktivitet och därmed lägre resistans än kisel. Det innebär att man kan uppnå samma elektronflöde i kretsarna med lägre spänningar – och på så sätt nå högre prestanda med samma energiåtgång eller samma prestanda med lägre energiåtgång. Germanium är ett material som bland annat Intel ryktats experimentera flitigt med i sina labb för framtida processorer.

“Med lite finurliga geometrier kan man med samma storlek på transistorerna få dem att prestera bättre. Om transistorerna byggs på höjden, det vill säga tredimensionellt (3D), sparar man plats. Man får även möjlighet till nya funktionaliteter i samma kretsteknologi om man använder 3D.”

Utöver valet av material så menar Österling att mycket outnyttjad potential hos kretsarna ligger i arkitekturen och geometrin. Att arkitekturella förbättringar kan ge bättre prestanda känner vi till sedan tidigare, och med geometri avses exempelvis möjligheten att bygga kretsarna på höjden. Hittills har processorkretsar varit i stort sett tvådimensionella, men med 3D-transistorer och kretsar som kan staplas så sparas plats, som kan användas till fler transistorer av samma storlek och därmed ge mer prestanda. Dessutom kan germaniumkretsar byggas med en lägre tillverkningstemperatur.

“I slutänden kommer vi anlända till samma typer av gränser som vi hela tiden står inför. Med vårt forskningsprojekt vinner vi emellertid några generationers utveckling innan ytterligare nytänkande måste till.”

Mikael Österling kommer arbeta med en grupp forskare både från Sverige och från andra internationella universitet, med expertis inom allt från tillverkningsprocesser till processorarkitektur. Målet är att ta fram ännu fler sätt en processor kan effektiviseras med befintlig tillverkningsteknik, och kunna visa upp en experimentell processor som exempel. Tekniken kan sedan patenteras och licensieras till processortillverkare världen över. Sänkt energiförbrukning är ett viktigt slutmål, för att exempelvis kunna bygga effektivare datacenter och superdatorer.

Projektet har blivit sponsrat med 32 miljoner kronor från Stiftelsen för Strategisk Forskning och kommer pågå under fem års tid, men det är oklart när vi faktiskt kan få se frukten av arbetet på marknaden. Vad som däremot står klart är att alla kretstillverkare kämpar mot tiden med sina processkrympningar idag, och att alla typer av effektiviseringar kommer gynna både konsumenter och företag i slutändan.

Källa: KTH

Relaterade artiklar

• IBM-forskare styr kretsar med jonströmmar
• Optisk transistor bryggar gapet mellan klassiska och kvantmekaniska datorer

No active posts found.