IBM показала графеновый чип и трековую память

Учёные из IBM представили на форуме IEEE International Electron Devices Meeting в США несколько экспериментальных исследовательских проектов, которые могут привести к значительным сдвигам в появлении более компактных, быстрых и мощных компьютерных чипов. Были показаны: трековая память (racetrack memory), графеновый чип и первый транзистор с длиной затвора менее 10 нм.

Более 50 лет компьютерные процессоры становятся всё мощнее и уменьшаются в размере в геометрической прогрессии. Сегодня почти вся электроника основана на технологии CMOS (комплементарных металлооксидных полупроводников). Однако современные разработчики чипов сталкиваются с физическими ограничениями при попытке придерживаться так называемого «закона Мура», которые сдерживают развитие. Поэтому исследователи активно ищут новые материалы и архитектуры, которые бы смогли позволить преодолеть ограничения масштабируемости кремниевых транзисторов. Учёным из IBM удалось использовать новые материалы и архитектурную логику для создания прототипов на 200-мм подложках — потенциально это может стать основой электроники будущего.

Трековая память

Racetrack-память в перспективе может произвести настоящий переворот в области хранения данных. Она объединяет преимущества магнитных жёстких дисков и полупроводниковых накопителей и призвана побороть сложности роста спроса на объёмы хранилищ при уменьшении габаритов устройств. Учёным IBM потребовалось семь лет физических исследований, которые завершились созданием и демонстрацией первого образца трековой памяти, созданной с помощью CMOS-технологии на 200-мм пластинах. Он основан на железоникелевых нанопроводниках длиной около 10 микрометров и шириной 150 нанометров. Таким образом, компания доказала, что создание такого типа памяти вполне реально.



Эти нанопроводники являются частью прототипа чипа нового типа хранения данных, который вмещает больше информации на меньшей площади, чем используемые сегодня технологии

Исследователи продемонстрировали функциональность чтения и записи на массиве из 256 колонн магнитного материала (нанопроводников). Демонстрация данного прототипа — лишь начало дальнейшего улучшения ёмкости и надёжности Racetrack-памяти, использующей магнитные треки и трёхмерные архитектуры. Этот прорыв может обеспечить в перспективе появление нового типа систем хранения данных. Но до появления первых рабочих образцов пройдёт ещё несколько лет. Однако обнадёживает тот факт, что IBM смогла обеспечить создание прототипов на традиционных 200-мм подложках, что открывает большие перспективы.





Графен

Первые графеновые устройства, совместимые с CMOS, могут улучшить беспроводные соединения и обеспечить создание новых высокочастотных решений, которые будут способны работать под враждебными температурами и в условиях радиации в таких областях, как безопасность и медицина.



Графеновая интегральная схема, множитель частоты, работает на частоте до 5 ГГц и считается стабильной при температуре до 200°C. Хотя необходимы дополнительные исследования, демонстрация показывает, что графеновые схемы могут быть использованы в условиях высоких температур.

Новая архитектура предполагает встраивание слоя графена в затвор вместо традиционного процесса депонирования. Благодаря этому обеспечивается более высокий уровень выхода годных графеновых чипов на 200-мм подложке.

Углеродные нанотрубки

Исследователи IBM также продемонстрировали первый транзистор, длина затвора которого меньше 10 нм. Таким образом, компания обошла самые совершенные на сегодняшний день технологии.



Чипы, использующие транзисторы с затворами менее 10 нм, будут использоваться в солнечных панелях, дисплеях и компьютерах в следующем десятилетии. Такого масштаба будет чрезвычайно сложно достигнуть с помощью традиционных кремниевых технологий даже в будущем. Поэтому углеродные нанотрубки могут найти применение в чипах, исполняемых по нормам техпроцесса менее 10 нм.

Все эти технологии не появятся завтра — для их коммерческого воплощения потребуются ещё гигантские инвестиции, однако такие прорывы обеспечивают для индустрии движение вперёд.