MIT News: нові матеріали додадуть оптичний зв’язок у кремнієві процесори


Дізнайтесь більше про нові кар'єрні можливості в EchoUA. Цікаві проекти, ринкова оплата, гарний колектив. Надсилайте резюме та приєднуйтеся до нас.

Великий стрибок у продуктивності комп’ютерів за попередні десятиріччя став можливим завдяки зменшенню техпроцесу розташування транзисторів на мікрочіпах. Проте подібний підхід стискання призводить до таких ефектів, як витік сигналу між компонентами через їх щільне розташування. Це може значно уповільнити передачу сигналу між окремими частинами процесора.

Interconnect bottleneck

Подібна затримка сигналу називається “Вузьке місце передачі сигналу” (interconnect bottleneck) і стає все серйозною проблемою у високошвидкісних обчислювальних системах.

Одним зі способів розв’язання цієї проблеми з’єднання є використання світла, а не провідників для зв’язку між різними частинами мікрочіпа. Однак це важко здійснити на практиці. Все пояснюється природою кремнію, який не має здатності до випромінювання світла.

Рішення від MIT

Проте вчені з MIT представили новий підхід до конструкції кремнієвих чіпів. У статті, опублікованій у журналі Nature Nanotechnology, вони описали світловипромінювач і детектор, які можуть бути інтегровані в кремнієві CMOS-чіпи.

Пристрій сконструйований з напівпровідникового матеріалу, що називається дітелуридом молібдену. Цей ультратонкий напівпровідник відноситься до групи матеріалів, відомих як двовимірні дихалькогеніди перехідних металів. На відміну від звичайних напівпровідників, матеріал може бути поміщений поверх кремнієвих пластин процесора.

Пабло Джарілло-Херреро, один з авторів статті, говорить:

Дослідники намагалися знайти сумісні з кремнієм матеріали, щоб додати функції оптоелектроніки і оптичного зв’язку в кристал мікропроцесора, але до сьогоднішнього дня ця ідея здавалася дуже складною. Наприклад, арсенід галію відмінний для оптики, але його не можна вирощувати на кремнії, оскільки ці два напівпровідники несумісні. Дітелурид молібдену може бути поміщений практично на будь-який матеріал.

Іншою проблемою, з якою мали справу вчені, пан Джарілло-Херреро назвав таку: багато матеріалів випромінюють світло у видимому діапазоні, але воно на цих довжинах хвиль просто поглинається кремнієм. Дітелурид молібдену випромінює світло в інфрачервоному діапазоні, який не поглинається кремнієм, що означає можливість його застосування для зв’язку всередині кристала.

Деталі проекту

Щоб використати матеріал як світловипромінювач, спочатку дослідники повинні були перетворити його в діод P-N, пристрій, у якому одна сторона заряджається позитивно, – сторона P, а інша сторона N – негативно. У звичайних напівпровідниках це робиться шляхом введення хімічних домішок у матеріал. Проте з новим класом матеріалів подібне можна зробити, просто подавши необхідну напругу на металеві електроди, розташовані поверх матеріалу.

Щойно діод готовий, ми проводимо струм через пристрій, примушуючи його випромінювати світло. Таким чином, використовуючи діоди з дітелурида молібдену, ми можемо виготовити LED-світлодіоди, сумісні з кремнієвими чіпами.

Пристрій також можна перемкнути на роботу як фотоприймач, змінивши полярність напруги, прикладеної до пристрою. Таким чином, він здатний одночасно передавати і приймати оптичні сигнали.

Рішення для реального світу

За словами Джарілло-Херреро, більшість телекомунікаційних систем працюють з довжинами хвиль 1,3 або 1,5 мікрометра. Дітелурид молібдену випромінює світло лише в діапазоні 1,1 мікрометра. Це робить його придатним для використання в кремнієвих чіпах комп’ютерів, але непридатним для телекомунікаційних систем.

Тому для усунення виявленого недоліку нового елементу дослідники вивчають інший ультратонкий матеріал, що називається “чорний фосфор”, який може бути налаштований на випромінювання світла на різних довжинах хвиль шляхом зміни кількості використовуваних шарів.

Сподіваємося, якщо ми навчимося передавати інформацію через оптичні сигнали замість електронних, то зможемо робити це значно швидше, при цьому споживаючи меншу кількість енергії.

Джерело: MIT News

Київ, Харків, Одеса, Дніпро, Запоріжжя, Кривий Ріг, Вінниця, Херсон, Черкаси, Житомир, Хмельницький, Чернівці, Рівне, Івано-Франківськ, Кременчук, Тернопіль, Луцьк, Ужгород, Кам'янець-Подільський, Стрий - за статистикою саме з цих міст програмісти найбільше переїжджають працювати до Львова. А Ви розглядаєте relocate?


Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *