محققان چینی ترانزیستور بدون سیلیکون را رونمایی کردند؛ وعده تراشه‌هایی ۴۰٪ سریع‌تر و کم‌مصرف‌تر

محققان دانشگاه پکن از یک ترانزیستور دوبعدی و بدون سیلیکون رونمایی کرده‌اند که ادعا می‌کنند ۴۰ درصد سریع‌تر از پیشرفته‌ترین تراشه‌های سیلیکونی موجود در بازار عمل می‌کند و در عین حال ۱۰ درصد انرژی کمتری مصرف می‌کند.[1][2]

این پیشرفت که جزئیات آن در مجله «نیچر متریالز» (Nature Materials) منتشر شده است، سیلیکون سنتی را با ترکیبات مبتنی بر بیسموت جایگزین می‌کند؛ به طور خاص، از اکسی‌سلنید بیسموت برای کانال ترانزیستور و سلنات بیسموت برای دی‌الکتریک گیت استفاده شده است.[3][5]

در حالی که معیارهای عملکردی چشمگیر هستند، تمایز قائل شدن بین یک نمونه اولیه آزمایشگاهی و یک پردازنده تجاری حیاتی است. این تیم با موفقیت واحدهای منطقی کوچکی را برای نمایش معماری ساخته است، اما این یک تراشه کاملاً یکپارچه نیست که آماده قرارگیری در یک گوشی هوشمند یا رک سرور باشد.[1][4]

این طراحی، معماری استاندارد صنعت یعنی ترانزیستور اثر میدان باله‌ای (FinFET) را کنار می‌گذارد، که متکی بر ساختارهای عمودی و باله‌مانند برای کنترل جریان است. در عوض، تیم چینی از رویکرد گیت فراگیر (GAAFET) استفاده کرده است.[2][5]

در این پیکربندی، گیت به طور کامل منبع را در بر می‌گیرد و سطح تماس را به حداکثر می‌رساند. این ساختار پوششی کامل، نشت انرژی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و به الکترون‌ها اجازه می‌دهد با حداقل مقاومت جریان یابند؛ پدیده‌ای که محقق ارشد آن را به حرکت روان آب در یک لوله تشبیه کرد.[1][2]

برای دهه‌ها، صنعت نیمه‌رسانا به کوچک کردن ترانزیستورهای سیلیکونی متکی بوده تا قدرت محاسباتی بیشتری را در فضاهای کوچک‌تر جای دهد. با این حال، با کاهش گره‌های تولید به زیر سه نانومتر (۳ نانومتر)، سیلیکون در حال رسیدن به محدودیت‌های فیزیکی و حرارتی مطلق خود است.[4][6]

فراتر از فیزیک، این توسعه وزن استراتژیک عظیمی دارد. کنترل‌های صادراتی ایالات متحده به طور سیستماتیک دسترسی چین به ماشین‌های لیتوگرافی فرابنفش شدید (EUV) مورد نیاز برای ساخت تراشه‌های سیلیکونی پیشرفته را محدود کرده است.[2][3]

با چرخش به سمت یک ماده و معماری کاملاً متفاوت، تیم دانشگاه پکن در تلاش است تا به طور کامل این گلوگاه را دور بزند. محققان خاطرنشان کردند که ترانزیستورهای مبتنی بر بیسموت آن‌ها احتمالاً می‌توانند با استفاده از تجهیزات قدیمی‌تر و در دسترس محلی تولید شوند، به جای اینکه متکی به سخت‌افزار محدود شده غربی باشند.[3][4]

رسانه‌های همسو با دولت و خود محققان به شدت این موضوع را به جای یک میان‌بر، به عنوان یک «تغییر مسیر» (Lane Change) معرفی کرده‌اند و از زبان بازاریابی استفاده می‌کنند تا نشان دهند چین می‌تواند به زودی از سلطه نیمه‌رسانای غرب پیشی بگیرد.[1][2]

با این حال، مقیاس‌بندی یک ماده جدید از محیط آزمایشگاهی بکر به ساخت تجاری با بازده بالا، به طور مشهوری دشوار است. بیسموت بسیار کمتر از سیلیکون فراوان است و ادغام این مواد دوبعدی در زنجیره‌های تأمین جهانی موجود، نیازمند بازنگری عظیمی در زیرساخت‌های تولید است.[4][6]

گام بعدی فوری برای تیم دانشگاه پکن این است که ثابت کنند این واحدهای منطقی منفرد می‌توانند به مدارهای مجتمع پیچیده و چندلایه مقیاس‌پذیر شوند، بدون اینکه مزیت عملکردی یا پایداری ساختاری خود را از دست بدهند.[1][5]

در صورت موفقیت، انتقال از طراحی‌های دوبعدی یکپارچه به معماری‌های انباشته سه‌بعدی می‌تواند مسیر محاسبات جهانی را به طور اساسی تغییر دهد. حتی اگر تجاری‌سازی سال‌ها فاصله داشته باشد، این نمونه اولیه به عنوان یک یادآوری آشکار عمل می‌کند که محدودیت‌های صادراتی اغلب نوآوری‌های جایگزین را تسریع می‌کنند.[4][6]