Yapay zeka (AI), dünyanın bilgisayar çiplerini oluşturma ve kullanma şeklini değiştiriyor. Devasa veri merkezlerinden ağın ucundaki cihazlara kadar, yapay zeka çiplerin daha hızlı, daha küçük ve daha enerji verimli olmaya devam etmesini gerektiriyor.
Onlarca yıldır, bir cihazdaki transistörlerin sayısını doğru bir şekilde tahmin eden Moore Yasası bilgisayar çip her iki yılda bir ikiye katlanarak sektörün ilerlemesini sağladı.
Ne yazık ki, düzlemsel tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) cihazlar veya Moore Yasasını genişleten FinFET’ler aracılığıyla geleneksel ölçeklendirme yaklaşımları sınırlarına ulaştı. Sektör şu anda kritik bir zorlukla karşı karşıya: Eski temel kurallar artık geçerli olmadığında çip teknolojisini geliştirmeye devam etmeye çalışmak.
Endüstrinin cevabı her yönden kapıdır (GAA). Bu tasarım, geçit olarak bilinen çipin elektrik akımını taşıyan kontrol kısmı da dahil olmak üzere geçit malzemesini her taraftan tamamen sarar.
Bu, mühendislere elektriğin çipten nasıl aktığı konusunda daha hassas kontrol sağlıyor ve endüstri bir sonraki düğüme geçerken bile GAA cihazlarının daha iyi performans göstermesine olanak tanıyor. Bu aynı zamanda daha fazla alan kaplamadan daha fazla güce olanak tanır.
Yeni darboğazlar
Ancak GAA mükemmel değil. Daha düşük güç tüketimi ve alanın daha verimli kullanılmasıyla zorlukları çözerken, darboğazı başka alanlara taşıyor.
Spesifik olarak, eski çipler kanalın içinden dirençle (elektriği yavaşlatan herhangi bir şey) karşılaşır. Direncin büyük bir kısmı akımın girip çıktığı temas noktalarından ve alanlardan gelir.
Bunu düzeltmek için mühendisler, elektriğin daha iyi akmasına yardımcı olmak amacıyla katkı maddesi adı verilen malzemeleri eklediler. Ancak bu doping işlemi sırasında katkı maddeleri, çip üzerinde katkısız olması gereken yakın yerlere yanlışlıkla yayılabilir.
Bu gerçekleştiğinde, yalnızca performansı etkilemekle kalmaz, aynı zamanda çipte sızıntının artması, eşik voltajının değişmesi veya değişkenliğin ortaya çıkması gibi ek sorunlar da yaratabilir.
Bir diğer zorluk ise üretim sürecinden, özellikle de çipin parçalarını şekillendirmek için silikon-germanyum (SiGe) katmanlarının çıkarılmasından kaynaklanmaktadır.
Bu, geride pürüzlü yüzeyler bırakabilir ve elektriğin cihazlardan düzgün bir şekilde akmasını engelleyebilir. Daha sonra üstüne metal kontaklar eklendiğinde bu, metal ile silikonun buluştuğu noktada daha fazla direnç oluşturur.
Kısacası GAA, elektrostatik zorlukları ele alabilir ancak aynı zamanda yenilerini de beraberinde getirir. Gelişmiş malzemelerin devreye girdiği yer burasıdır.
Atomik ölçekte malzemeler, büyük düzeltmeler
Bu yeni zorlukların üstesinden gelmek için çip üreticileri gelişmiş malzemelere yöneliyor ve GAA’nın tüm potansiyelini ortaya çıkarmaya yardımcı olmak için atom düzeyinde çalışıyor.
Bu yeni materyallerin nasıl yardımcı olduğu aşağıda açıklanmıştır:
- İstenmeyen katkı maddesi difüzyonunun engellenmesi: Ağır katkılı ve katkısız alanlar arasına gelişmiş bir bariyer yerleştirilmesi, katkı maddelerinin çipin diğer alanlarına sızmasını engelleyebilir. Bu muhafaza performansı artırmak için gereklidir.
- Yüzeylerin yumuşatılması: Atomik seviyedeki pürüzlü yüzeyler elektronları dağıtabilir ve yavaşlatabilir. Gelişmiş malzeme mühendisliği, kurban SiGe katmanlarının kaldırılması sırasında düzensiz hale gelebilecek yüzeyleri düzelterek bu saçılmayı azaltabilir. Bu, normal çalışma koşulları altında taşıyıcının hareketliliğini artırabilir ve daha fazla güç gerektirmeden daha fazla akım, daha hızlı anahtarlama ve daha iyi performansla sonuçlanabilir.
- Boyuttan ödün vermeden gücü artırma: Gelişmiş malzemeler, mühendislerin daha ince performans yapılarını aynı alana sığdırmasına olanak tanır. Bu değişiklik, çip boyutunu artırmadan ayak izi başına akımı yaklaşık %10 artırabilir.
- Temas direncinin azaltılması: Cihaz boyutları küçüldükçe metalin silikona bağlandığı noktadaki elektriksel temas direnci önemli bir sınırlayıcı faktör haline gelir. Mühendisler bu bağlantı noktalarındaki malzemeleri değiştirerek direnci önemli ölçüde azaltabilir ve daha fazla verimliliğin kilidini açabilirler.
İleriye bakmak
Yapay zekanın patlayıcı büyümesi, endüstrinin bilgi işlem verimliliği hakkındaki düşüncelerinde temel bir değişime yol açıyor. Mühendisler artık güç, performans, alan ve maliyet (PPAC) arasında giderek daha karmaşık hale gelen bir dengeyle karşı karşıya kalıyor.
Geçmişte endüstri yolunda ilerlemek için artan iyileştirmelere güveniyordu, ancak yapay zekanın ölçeği ve yoğunluğunun mevcut mimarilerin sınırlarını zorlamasıyla bu küçük kazanımlar artık yeterli değil.
Bir sonraki ilerleme dalgasının kilidini açmak için sektörün, temeli sıfırlayan ve etki yaratmaya devam etmek için daha fazla iyileştirmeye olanak tanıyan daha dönüşümsel bir değişime ihtiyacı var.
Angstrom çağı olarak da adlandırılan bir sonraki düğüm, PPAC denkleminde ilerlemeler sağlamak için gelişmiş malzemelerdeki yenilikleri bugün mümkün olanın ötesinde hızlandıracak. GAA sadece başlangıç.
Devasa yapay zeka sistemleri için çipleri küçültmeye ve geliştirmeye devam etmek amacıyla mühendisler, daha azıyla daha fazlasını sunmanın yeni yollarını araştırıyor. Gelişmiş malzemelerdeki bu atılımlar, endüstrinin daha az alan ve enerji ile daha fazla performans elde etmesini sağlıyor ve her alanda daha akıllı ve daha sürdürülebilir bilgi işlemi teşvik ediyor.
GAA’nın ötesinde endüstri halihazırda CFET veya tamamlayıcı FET adı verilen yeni bir yapı üzerinde çalışıyor; bu, incelemeye başlamamız için birkaç nesil daha almamızı gerektirebilir. 3 boyutlu Moore Yasasının ilerlemesini sağlamak için yığılmış CFET’ler gibi yapılar.
Kesin olan bir şey var ki, bu yeni transistör yapılarının sağlamak üzere tasarlandığı performansı ortaya çıkarmak için yolun her adımında yeni gelişmiş malzemelere ihtiyaç duyulacak.
En iyi yeşil web barındırma hizmetini sunduk.
Bu makale, günümüz teknoloji endüstrisindeki en iyi ve en parlak beyinleri öne çıkardığımız TechRadarPro’nun Expert Insights kanalının bir parçası olarak üretildi. Burada ifade edilen görüşler yazara aittir ve mutlaka TechRadarPro veya Future plc’ye ait değildir. Katkıda bulunmak istiyorsanız buradan daha fazla bilgi edinin: https://www.techradar.com/news/submit-your-story-to-techradar-pro