تکنولوژی

چگونه تراشه های کامپیوتری نسل بعدی می توانند ردپای کربن ما را کاهش دهند؟

مفهوم هنرمند پیشرفته تراشه حافظه کامپیوتر

پرسش و پاسخ با دو دانشمند با هدف غلبه بر محدودیت های قدرت محاسباتی و بهره وری انرژی با طراحی ریزمدارهای جدید.

لپ‌تاپ‌ها و تلفن‌های هوشمند ما به لطف میکروالکترونیک‌های سیلیکونی، که به عنوان ریزتراشه‌ها یا تراشه‌ها نیز شناخته می‌شوند، جمع‌وجور اما کارآمد هستند، مغزهای کوچک پشت مغز دیجیتال تقریباً هر دستگاه مدرن.

اما چنین راحتی مدرن قیمتی دارد. تا سال 2030، حدود 25 درصد از انرژی جهان – که بیشتر آن از سوزاندن سوخت‌های فسیلی غنی از کربن حاصل می‌شود – می‌تواند توسط دستگاه‌های الکترونیکی استفاده شود، اگر کاری برای کارآمدتر کردن انرژی آنها انجام نشود.

تراشه های سیلیکونی از ساختاری به نام CMOS که مخفف نیمه هادی های اکسیدی مکمل است، مشتق شده اند. همانطور که اولین بار توسط قانون مور در سال 1975 پیش بینی شد، تراشه های سیلیکونی CMOS به محدودیت های کوچک سازی و عملکرد نزدیک می شوند. برای دهه‌ها، دانشمندان به دنبال مواد الکترونیکی جدیدی بودند که از محدودیت‌های قانون مور و همچنین محدودیت‌های تراشه‌های CMOS سیلیکونی فراتر می‌رفتند.

اکنون، دانشمندان موریس گارسیا-سیورس و رامورتی رامش از دانشمندان لاورنس برکلی در DOE (آزمایشگاه برکلی) در حال طراحی ریزتراشه‌های جدیدی هستند که ممکن است عملکرد بهتری داشته باشند – و به انرژی کمتری – نسبت به سیلیکون نیاز دارند. طی سه سال آینده، آنها دو پروژه از 10 پروژه ای را که اخیراً نزدیک به 54 میلیون دلار از وزارت انرژی دریافت کرده اند برای افزایش بهره وری انرژی در طراحی و ساخت میکروالکترونیک رهبری خواهند کرد.

آنها در مورد پروژه های خود از جمله پرسش و پاسخ بحث می کنند.

موریس گارسیا-سیورز و رامورتی رامش

دانشمندان آزمایشگاه برکلی، موریس گارسیا-سیورس (سمت چپ) و رامامورتی رامش در حال طراحی ریزتراشه های جدیدی هستند که ممکن است عملکرد بهتری داشته باشند – و به انرژی کمتری – نسبت به سیلیکون نیاز دارند. منبع: با حسن نیت از Garcia-Sciveres و Ramesh

س: امیدوارید در 3 سال آینده به چه چیزی برسید؟ اهمیت کار شما چیست؟

گارسیا اسکایورز: پروژه ما – “طراحی و ادغام سنسورهای نانو در CMOS” – با هدف بهبود عملکرد با ادغام سنسورهای نور کوچک ساخته شده از نانومواد در یک تراشه CMOS معمولی (مکمل فلز-اکسید-نیمه هادی) است. (نانو ماده، ماده ای است که در مقیاس بسیار کوچک یک میلیاردم متر طراحی شده است.)

تراشه‌های CMOS از سیلیکون ساخته شده‌اند، اما وقتی به میزان مصرف انرژی سیلیکون نگاه می‌کنید، شروع به اهمیت می‌کند – و در یک دهه، تراشه‌های سیلیکونی انرژی زیادی را مصرف می‌کنند. به عنوان مثال، محاسبات مورد نیاز برای رانندگی یک خودروی خودران، در مقایسه با انرژی مورد نیاز برای رانندگی یک خودرو، انرژی قابل توجهی مصرف می کند. ما باید انرژی کمتری را محاسبه کنیم یا راندمان را بدون توان بیشتر افزایش دهیم، اما این کار را نمی توان با تراشه های سیلیکونی انجام داد زیرا سیلیکون باید با ولتاژ خاصی کار کند – و این محدودیت های فیزیکی برای ما هزینه دارد.

در پروژه ما، نانومواد مانند نانولوله‌های کربنی – دستگاه‌هایی به اندازه‌ای کوچک که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند – به عنوان حسگر نور عمل می‌کنند. نانوحسگرها عملکرد جدیدی را به تراشه CMOS اضافه می کنند و کارایی را افزایش می دهند.

تشخیص یک کاربرد اولیه خوب است، اما زمانی که نانولوله های کربنی در تراشه یکپارچه شوند، می توانند به عنوان ترانزیستور یا سوئیچ پردازش داده نیز عمل کنند. ادغام چندین نانولوله کربنی با یک تراشه سیلیکونی می‌تواند به انواع جدیدی از دستگاه‌های الکترونیکی منجر شود که کوچک‌تر، سریع‌تر و کارآمدتر از فناوری‌های فعلی هستند.

رامش: در پروژه ما “طراحی مشترک ولتاژ فوق العاده پایین فراتر از میکروالکترونیک CMOS”، قصد داریم پدیده های فیزیکی جدیدی را بررسی کنیم که منجر به بهره وری انرژی به طور قابل توجهی در فناوری اطلاعات می شود. این مهم است زیرا ما معتقدیم که قانون بعدی مور احتمالاً بر مقیاس انرژی تمرکز خواهد کرد و نه مقیاس طول، زیرا ما در حال حاضر در آستانه مقیاس طول هستیم.

در حدود سال 2015، مصرف انرژی از میکروالکترونیک تنها حدود 4-5٪ از کل انرژی اولیه جهان را تشکیل می داد. انرژی اولیه معمولاً به معنای انرژی شیمیایی تولید شده توسط نیروگاه زغال سنگ یا گاز است. این به طور معمول دارای راندمان تبدیل برق 35-40٪ است.

اتکای فزاینده ما به هوش مصنوعی، یادگیری ماشین و اینترنت اشیا – اینترنت اشیا که در آن همه چیز به صورت الکترونیکی متصل است، مانند سیستم های ترافیکی، سیستم های واکنش اضطراری، و انرژی های تجدیدپذیر و سیستم های برق – منجر به رشد تصاعدی الکترونیک از یک سیستم خواهد شد. چشم انداز .

این بدان معناست که انتظار می رود تا سال 2030 مصرف انرژی از میکروالکترونیک حداقل 25 درصد انرژی اولیه باشد. بنابراین، کارآمدتر کردن وسایل الکترونیکی در مصرف انرژی کار بزرگی است.

برای پروژه ما، می‌پرسیم: “چه نوآوری‌های اساسی مواد می‌تواند مصرف انرژی میکروالکترونیک را به میزان قابل توجهی کاهش دهد؟” ما به یک چارچوب کاملا متفاوت نگاه می کنیم که فیزیک جدید را با استفاده از یک رویکرد طراحی مشترک بررسی می کند که در آن متخصصان برجسته جهانی در فیزیک مواد، طراحی دستگاه و مدار، ساخت و آزمایش، و معماری در سطح تراشه با هم کار می کنند تا یک کاوش مسیر کل نگر را تکمیل کنند. محاسبات نسل

س: چه خبر است…

نمایش بیشتر

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

دکمه بازگشت به بالا