Transistör gökdeleni: Dünyanın en yüksek çipi Moore Yasası’nı üçüncü boyuta taşıyor

Ancak günümüzde, transistörler atom ölçeğine yaklaşırken bu sürekli küçülme oyun artık kuantum etkileri nedeniyle fiziksel sınırlarla yüzleşmeye başladı. Bu noktada gelen bir uluslararası araştırma takımı, tam da bu eşiğe selam çakıyor ve çipleri yatayda değil, yukarıya doğru inşa etmek gerektiğini söylüyor.

Günümüzdekilerden farklı

Bu noktada, her biri 100 transistör içeren 41 katmandan oluşan yeni bir yarı iletken çip tasarımı ortaya çıktı. Bu değer, daha önce raporlanan istifli hibrit çiplerdeki yoğunluğun yaklaşık on katı. Bu, şimdiye kadar inşa edilmiş en yüksek çip konumunda. Bu devrim niteliğindeki tasarım, devre yoğunluğunu altı kat artırırken, transistörleri daha da küçültmeye gerek bırakmadan performans artışı sağlıyor.

Bugün AMD’nin Ryzen 7 9800X3D işlemcileri, yongaları üst üste istifleyerek daha fazla önbellek sunabiliyor. SSD’lerde kullanılan NAND bellekler de benzer biçimde onlarca katmandan oluşuyor. Ancak bu yöntemler, temelde tek katmanlı transistör dizileri üzerine kurulu. KAUST’un geliştirdiği yeni yöntemse, tek bir çip içinde çok katmanlı transistör yapısı oluşturarak bu sınırı ilk kez aşıyor.

Li, “Altı veya daha fazla transistör katmanını dikey olarak istiflemek, devre yoğunluğunu yatay boyutları küçültmeden artırmamıza olanak tanıyor. Altı katmanla, tek katmana göre aynı alana %600 daha fazla mantık fonksiyonu entegre edebilir, böylece daha yüksek performans ve daha düşük güç tüketimi elde edebiliriz” diyor.

Transistör gökdelenleri

Geliştirilen sistem bir gökdelenle karşılaştırılıyor. Tıpkı bu dev yapılarda olduğu gibi çiplerde de her bir katmanı yüksek hassasiyetle inşa etmek gerekiyor. Araştırma ekibi, bu “katmanlar arası pürüzlülük” sorununu çözmek için yeni üretim stratejileri geliştirdi. Araştırmacılar, katmanların hizalanmasında sadece 3,63 nanometrelik bir yüzey pürüzlülüğü elde etti. Bu düzeyde hassasiyet, performans kaybını en aza indirmek açısından kritik önemde. En kritik nokta, tüm katmanların oda sıcaklığına yakın koşullarda biriktirilmesi oldu.

Bu düşük sıcaklıkta üretim yöntemi yalnızca bir mühendislik başarısı değil aynı zamanda esnek malzemelerin kullanılabilmesini sağlıyor. Geleneksel yarı iletken işlemleri genellikle 400°C’nin üzerine çıkar, bu da plastik veya polimer tabanlı malzemeleri eritir ya da bozar. Yeni yöntem, bu sorunu ortadan kaldırarak plastik veya polimer alt tabakaların güvenle kullanılmasına olanak tanıyor. Bu da esnek elektroniklerin önünü açıyor.

450 kat daha düşük enerji tüketimi!

Ekip, tasarımın güvenilirliğini göstermek için 600 adet çip üretti. Tüm kopyalar benzer performans gösterirken, güç tüketimi sadece 0,47 mikrowatt olarak ölçüldü. Karşılaştırma yapmak gerekirse, günümüzdeki gelişmiş tek katmanlı çiplerde bu değer 210 mikrowatt seviyesinde. Yani yeni tasarım, yaklaşık 450 kat daha düşük enerjiyle aynı işlemleri yapabiliyor.

Li, teknolojinin ilk olarak giyilebilir sağlık sensörleri, akıllı etiketler ve esnek ekranlar gibi alanlarda kullanılacağını belirtiyor. Bu tür cihazlarda düşük enerji tüketimi ve mekanik esneklik büyük önem taşıyor. Uzun vadede ise araştırmacılar, büyük yüzeyli bilgi işleme sistemleri ya da ‘elektronik deriler’ gibi yeni nesil kavramların önünü açabileceğini öngörüyor. Bu sistemler, nesnelerin ya da yapıların yüzeyinde veri algılama, işleme ve iletişim işlevlerini aynı anda yerine getirebilecek.

Ayrıca Bkz.AMD Ryzen 7 9700X3D özellikleri belli oldu: 9800X3D'den daha hızlı olabilir

Öte yandan yeni yapı, henüz yüksek sıcaklıkta çalışan işlemciler için uygun değil. Zira transistörler 50°C üzerindeki sıcaklıklardan kararsız davranabiliyor. Zaten ilk olarak giyilebilir teknolojiler de bu yüzden hedefleniyor.

Moore Yasası, uzun zamandır “sonuna yaklaşıyor” denilerek anılıyordu. Ancak KAUST’un bu yaklaşımı, yasanın ölmediğini, sadece “yön” değiştirdiğini gösteriyor.