Als u een lezer bent IEEE-spectrum 2023 met interesse in halfgeleiders, deze lijst met topverhalen zegt een aantal interessante dingen over jou. Je hield bijvoorbeeld van schandaal en snelheid. Maar je bent ook een scherpzinnig en vooruitstrevend persoon. Je wilde weten wat de toekomst in petto heeft voor de wet van Moore en wie deze zal verwezenlijken. Je wilde ook weten hoe halfgeleiders een rol gaan spelen in de strijd tegen de klimaatverandering.
We brengen je het volgende jaar al in halfgeleiders, en we kunnen niet wachten om te zien wat je in 2024 het meest zult lezen.
1. Een lelijk hoofdstuk in chipontwerp beëindigen
Chung-Kuan Cheng et al.
In 2022 kwam er een schisma aan het licht in de wereld van chipontwerp en binnen Google. De vraag was het versterkende lerende kunstmatige intelligentiesysteem dat Google gebruikt om een belangrijke stap te zetten in het uitwerken van de logica- en geheugenonderdelen voor zijn AI-acceleratorchips, of TPU’s. Uit onderzoek gepubliceerd in Natuur In 2021 beweerde Google de beste academische algoritmen en menselijke chipontwerpers te hebben verslagen om optimale lay-outs te vinden. Een groep rivalen bij Google zei nee, maar het bedrijf wilde de resultaten van de rivalen niet vrijgeven. Toen de versie voorafgaand aan de grote conferentie werd gelekt, werden de zaken lelijk.
Een jaar later rapporteerde een groep onder leiding van IEEE Fellow Andrew Kahng onderzoek waarvan hij zei dat het bedoeld was om de gemeenschap te helpen deze gênante episode achter zich te laten. Kahngs onderzoek ondersteunde grotendeels de visie van de rivaliserende groep. Dit heeft sindsdien geleid tot een redactionele uiting van bezorgdheid door Natuur, en Kahng trok het hoofdartikel in dat oorspronkelijk bij het Google-artikel zat. Maar de zoekgigant ondersteunt nog steeds zijn kunstmatige intelligentie. In augustus 2023 zei Jeff Dean, hoofdwetenschapper bij Google DeepMind, dat vergeleken met andere methoden die het TPU-team tot hun beschikking had, 26 van de 37 TPU-blokken betere prestaties leverden dankzij AI, en dat 7 van de 37 net zo goed werkten. .
2. Amerikaanse universiteiten creëren het personeelsbestand van de halfgeleiders
Peter Adams
Nu de American Chip and Science Act tientallen miljarden dollars gaat pompen in de chipproductie in de Verenigde Staten, is de vraag geworden: “Wie zal er in deze nieuwe fabrieken werken?” Prachi Patel meldt dat universiteiten in de Verenigde Staten, vooral die dichtbij grote bouwprojecten, als reactie daarop hun halfgeleideronderwijsaanbod vernieuwen. De hoop is om getalenteerde studenten weg te leiden van de aantrekkingskracht van AI en andere hete velden en naar het creëren van de chips waaruit AI bestaat.
3. Thermische transistors kunnen hitte verwerken zonder bewegende delen
H-Lab/UCLA
In november rapporteerden onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles de uitvinding van de thermische transistor, het eerste halfgeleiderapparaat dat een elektronisch signaal gebruikt om de warmtestroom te regelen. Warmteafvoer is al lang een beperking van de processorprestaties, en zal alleen maar moeilijker worden naarmate processors verzamelingen van complexe 3D-chips worden. Zelfs de huidige geavanceerde methoden reageren traag op veranderingen in de chiptemperatuur vergeleken met een thermische transistor, die thermische geleiding in 1 megahertz kan in- en uitschakelen.
4. Binnenin de wetsmachine van Moore
ASML
Extreme ultraviolette lithografie is al tientallen jaren in de maak en werd nog maar een paar jaar geleden regelmatig gebruikt voor het printen van patronen op nanometerschaal op de meest geavanceerde chips. Het is al tijd om te upgraden. Zoals de ingenieurs van ASML uitlegden in SpectrumIn de release van augustus is de versie van de technologie die nu in gebruik is beperkt tot het maken van patronen met een resolutie van ongeveer de golflengte van het licht, 13,5 nanometer. Om onder die limiet te komen, moesten ingenieurs een aantal grote wijzigingen aanbrengen in de optica van het systeem en alle problemen oplossen die daarop volgden. Dit is overigens niet de enige EUV-verbetering die eraan komt. De nieuwe technologie, die lijkt op een brandstofcel die omgekeerd werkt, zal de technologie groener maken. Je hoort over beide in deze aflevering IEEE-spectrum’s Fixing the Future-podcast.
5. Galliumnitride en siliciumcarbide strijden om de dominantie van groene technologie
Peter Adams
We maken ons steeds meer zorgen over de CO2-voetafdruk van de productie van halfgeleiders, maar dit verhaal was eigenlijk een overwinning voor het klimaat. Siliciumcarbide en galliumnitride vermogenshalfgeleiders zijn efficiënter dan hun silicium-tegenhangers. Een vraag IEEE-spectrum Antwoord gevraagd: Welke van deze halfgeleiders met grote bandafstand werkt wanneer het beste? Het antwoord is ingewikkeld maar fascinerend. Eén ding is duidelijk: beide halfgeleiders zullen voorkomen dat er veel koolstof in de atmosfeer terechtkomt.
6. Intel is all-in op het gebied van stroomvoorziening
Intel
Chipmakers plannen een grote verandering in de architectuur van interconnecties in geavanceerde processors. Sinds de uitvinding van het IC is al het metaal dat de transistors verbindt, boven het oppervlak van het silicium gevormd. Het heeft tientallen jaren goed gewerkt, maar er zal een einde aan moeten komen. Er bestaat een fundamentele spanning tussen wat data-interconnecties nodig hebben en wat energie-interconnecties willen. Kortom, er gaat minder energie verloren als de verbindingen die deze energie vervoeren kort en breed zijn. Daarom bedachten de onderzoekers een plan om het stroomleveringsnetwerk naar de onderkant van het silicium te verplaatsen, waar de metaallijnen breed en geleidend zouden kunnen zijn. Dit laat meer ruimte over voor een betere verpakking in de bovenste datalijnen. Intel was de eerste chipmaker die aankondigde dat het chips zou gaan maken met behulp van backplane-stroom, een technologie die het PowerVia noemt. In juni deelde het bedrijf resultaten waaruit bleek dat PowerVia op zichzelf leidt tot een prestatieverbetering van ongeveer 6 procent, ongeveer de helft van wat je normaal gesproken krijgt als je het aantal transistors verder terugdringt. In 2024 zal Intel CPU’s maken met een combinatie van PowerVia en nieuwe transistors die het RibbonFET’s noemt.
7. 4 manieren om een laser op silicium te plaatsen
Emily Kuiper
Silicium is voor veel dingen geweldig. Lasermaken hoort daar niet bij. Maar het gebruik van een laser op een siliciumchip lost veel van de vervelende integratieproblemen op die de gegevens tussen de processor en andere chips kunnen helpen versnellen. Daarom hebben ingenieurs praktische manieren bedacht om lasers gemaakt van complexe halfgeleiders in siliciumwafels te integreren op een manier die productief en relatief goedkoop is. We hebben je er vier laten zien, gerangschikt van de meest volwassen tot de meest afstandelijke.
8. De deeltjesversneller op de chip heeft de grootte van een cent
FAU/Laserfysica/Litzel/Kraus
Er zijn maar weinig technologieën die versies hebben die zowel de grootte van een stad als de grootte van een dubbeltje hebben. Maar nu kunnen deeltjesversnellers dit claimen. In plaats van elektrische velden te gebruiken om de snelheid van elektronen langs een lang pad te verhogen, gebruikten wetenschappers in Duitsland licht om ze door een groef van slechts een nanometer breed en 0,5 millimeter lang te dwingen. Op die schaal is het elektrische veld dat de elektronen versnelt afkomstig van het oscillerende elektrische veld van licht. Onder invloed van de versneller gingen de elektronen 40 procent sneller. Wetenschappers hopen deze op een dag te kunnen verhogen tot snelheden die nuttig zijn voor medisch onderzoek en andere toepassingen.
9. Onderzoekers ontdekten de snelste halfgeleider ooit
Jack Tulyag/Columbia Universiteit
Wat heeft 6 reniumatomen, 8 selenium en 12 chloor? De snelste halfgeleider ooit ontdekt, dat is wat. Dit molecuul vormt superclusters die zich gedragen als één groot atoom, maar met eigenschappen die geen van die elementen heeft. Het geheim van zijn snelheid ligt in het gedrag van fononen, quasideeltjes die ontstaan door trillingen in een vast lichaam. Fononen hebben de neiging dingen te vertragen, deels door te interfereren met excitonen, gebonden elektronenparen en positief geladen gaten. In plaats van de excitonen af te breken, binden de fononen in dit molecuul zich eraan en creëren een nieuw quasideeltje dat vrijelijk door de halfgeleider stroomt met tweemaal de snelheid van een elektron. Jammer, renium is een van de zeldzaamste elementen op aarde.
10. De praktische kracht van het combineren van fotonen
Tsjaad Hagen
Siliciumzonnecellen zijn relatief goedkoop en overvloedig aanwezig, maar lekken veel energie in zonlicht. In principe wordt er geen lichtkleur met een energie lager dan de siliciumbandafstand gebruikt. Maar wat als we die kleuren zouden kunnen omzetten in de gewenste siliconentinten? Onderzoekers van Stanford legden uit hoe het werkt. Door een complex proces van elektronenuitwisseling tussen meerdere moleculen en energietoestanden, vonden ze een manier om twee nutteloze fotonen om te zetten in één bruikbaar foton. De gevolgen voor zonne-energie kunnen enorm zijn.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet