Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Intel нашла замену транзистору: предложен необычный логический элемент с памятью

Intel нашла замену транзистору: предложен необычный логический элемент с памятью

Вопрос дальнейшего снижения масштабов техпроцесса волнует всех производителей полупроводников и компанию Intel в частности. Уменьшение размеров элементов на кристалле позволяет снижать как питание и потребление, так и увеличивать рабочие частоты. И хотя до теоретического предела работы традиционных КМОП-процессов ещё есть небольшой запас, проблемы с переходом на 10-нм технологические нормы показали, что каждый следующий нанометр надо вырывать у природы с неимоверными усилиями и затратами. При этом всем очень хочется, чтобы даже в эру после КМОП процессорные архитектуры продолжали соответствовать фон-неймановским. Это привычно и даёт возможность использовать опыт многих десятилетий. Реально ли это? В Intel считают, что реально.

Как сообщают в Intel, в журнале Nature опубликованы результаты совместной разработки специалистов компании и учёных из калифорнийского Университета в Беркли и Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory). В публикации сообщается о разработке логического элемента будущего. Элемент называется MESO: magneto-electric spin-orbit или, по-русски, магнитоэлектрический спин-орбитальный (МЭСО). По сравнению с транзисторами логика МЭСО может переключаться с напряжением в 5 раз меньшим, чем транзисторы в логике КМОП. В эксперименте элемент переключался с напряжением 500 мВ, но расчёты показывают, что переключение также будет происходить при напряжении 100 мВ.

Быстрый переход

Российские физики смоделировали ячейку магнитной памяти нового типа

В рамках проекта «5-100», участниками которого является 21 университет (это проект с господдержкой для повышения конкурентоспособности российских образовательных центров), учёные из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) сообщили о моделировании ячейки магнитной компьютерной памяти нового типа. Предложенная ячейка магнитной памяти работает на спиновом токе и отличается от всех коммерческих видов современной памяти.

Условное изображение магнитного вихря, известного как скирмион (Nanoscale / Royal Society of Chemistry)

Условное изображение магнитного вихря, известного как скирмион (Nanoscale / Royal Society of Chemistry)

Спиновый ток от обычного тока на заряжённых частицах (электронах) отличается тем, что перенос намагниченности происходит без переноса заряда. По сходному принципу работает память MRAM с эффектом переноса спина (STT-MRAM). Но в случае MRAM меняется намагниченность всего рабочего слоя ячейки, который довольно большой, отчего нельзя радикально повысить плотность записи MRAM. Физики ДВФУ в качестве элемента для хранения данных (для удержания намагниченности) воссоздали самостоятельный элемент скирмион. Мы уже рассказывали о таком физическом явлении как скирмион. Это магнитная вихревая структура наноразмерного уровня, направление магнитной оси индивидуальных атомов в которой меняется по мере удаления от центра вплоть до полной противоположности.

Более того, российские физики представили улучшенный скирмион — скирмиониум. В обоих случаях — это топологически устойчивые вихревые участки намагниченности, которые возможно с небольшими энергетическими затратами возбудить в ферромагнетике с помощью спинового тока. При этом вихревые образования стабильны, не размагничиваются и не требуют энергии для сохранения данных. Скирмиониум от скирмиона отличается более устойчивой структурой, например, на него практически не действует сила Магнуса, что предотвращает спонтанное размагничивание.

Зарождение скирмиониума с помощью спин-орбитальной передачи вращательного момета ()

Зарождение скирмиониума с помощью спин-орбитальной передачи вращательного момента (иллюстрация Scientific Reports)

Физики из ДВФУ смоделировали скирмион радиусом 2 нм и скирмиониум радиусом 15 нм. В первом случае можно говорить о плотности записи 50 Тбит/дюйм2, во втором — 1 Тбит/дюйм2. В последнем случае это — примерная плотность записи на современных магнитных пластинах с перпендикулярной записью с использованием «черепичной» технологии SMR, что не очень интересно для промышленного исользования, так что учёным есть над чем поработать.

Что касается скорости записи, то на моделях она достигает 700 пикосекунд или, в пересчёте на более понятные цифры, 170 Мбайт/с для восьмибитовой «скирмионовой» ячейки. Чем больше ячеек, тем скорость записи будет выше, но пока говорить о практической стороне вопроса сильно преждевременно.

Трековая (беговая) память в представлении IBM

Трековая (беговая) память в представлении IBM

Новая память, кстати, получила название беговой. Подобную память под кодовым именем racetrack memory с 2008 года разрабатывает компания IBM. Идея в том, чтобы данные перемещались по носителю под воздействием синхроимпульсов без использования какой-либо механики. Скирмионы как раз позволяют реализовать подобную схему работы. Подробно о проделанной работе физики из ДВФУ рассказали в публикации на сайте Scientific Reports.

Источник:

Imec и CEA-Leti будут вместе двигать Европу в мир ИИ и квантовых компьютеров

На днях во время визита Президента Франции Эммануэля Макрона (Emmanuel Macron) в Бельгию два ведущих научных учреждения из этих стран подписали стратегический меморандум о взаимопонимании. Бельгийский исследовательский центр Imec и французский исследовательский институт CEA-Leti договорились вместе разрабатывать технологии в области искусственного интеллекта и квантовых компьютеров.

Важно отметить, что Imec и CEA-Leti планируют разрабатывать технологии для так называемого периферийного искусственного интеллекта Edge Artificial Intelligence (eAI). Периферийный ИИ представляется решением в виде чипа или компактной самостоятельной платформы, способной на месте анализировать обстановку и принимать решения для выполнения локальной задачи. Эта часть ИИ должна работать без облака или являться ячейкой распределённой ИИ-сети. Развитие данной области искусственного интеллекта обещает поднять на новый уровень как индустриализацию, так и решить массу проблем социума.

Квантовые вычисления также представляются приоритетным видом научной деятельности двух крупнейших европейских центров исследований. Европа не желает плестись в хвосте разработок и через партнёрство Imec и CEA-Leti намерена дойти до стадии создания квантовых компьютеров. В этом также будет помогать немецкий центр Fraunhofer Group for Microelectronics Общества Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft), стратегическое соглашение о сотрудничестве с которым центр CEA-Leti заключил несколько ранее.

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec)

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec)

Интересным в данном союзе можно считать то, что оба центра — французский и бельгийский — обладают самыми передовыми в Европе средствами производства полупроводников. Европа давно забыла о модернизации заводов для выпуска чипов, тогда как CEA-Leti и Imec могут выпускать не только опытные чипы нанометрового уровня, но даже организовать при надобности мелкосерийный выпуск продукции. Иначе говоря, если бы не они, то практическая сторона квантовых и нейроморфных разработок в Старом Свете была бы заранее обречена на провал.

Источник:

Показана гидрогелевая контактная линза со встроенной электроникой

По различным оценкам, контактными линзами сегодня пользуются около 130 млн человек. Преимущественно линзы используются для коррекции зрения, но у этих оптических приборов есть скрытый и гораздо больший потенциал. Раскрыть его поможет современная промышленность по производству электроники и последние достижения в этой отрасли. Контактные линзы могут стать носимыми диагностическими приборами и средствами по дозированной доставке лекарств в глазное яблоко.

На форуме ITF Japan 2018 (technology forum) в Японии бельгийский исследовательский центр Imec показал первую, по словам разработчиков, мягкую гидрогелевую контактную линзу со встроенной электроникой. Разработка создана совместно с учёными Гентского университета (Ghent University, UGent) и производителем контактных линз компанией SEED Co., Ltd. Мягкая контактная линза с большим содержанием воды несёт встроенный светодиод, сверхтонкий кремниевый контроллер, радиочастотную антенну для беспроводной передачи энергии и эластичную тонкоплёночную основу с токопроводящими контактами для соединения всего этого хозяйства в действующую электронную цепь.

Разработка не имеет какой-то практической ценности (разве что декоративную — на будущий Хеллоуин подсветить роговицу светодиодом), и призвана лишь очертить круг возможностей для будущего применения. Так, получая питание извне, контактная линза с электроникой может длительное время работать в полупассивном режиме. Длительному времени ношения способствует гидрогелевая среда линзы, которая является газопроницаемой и, следовательно, пропускает кислород к роговице. Электроника линзы может питать и управлять встроенными в неё датчиками и передавать информацию для анализа на внешние устройства, например, на смартфон.

В качестве материала для подложки с электроникой и проводниками выбран термопластичный полиуретан (thermoplastic polyurethane, TPU). Под воздействием температуры этот материал переходит от плоской формы к изогнутой (для примера с линзами — с кривизной изгиба до 9 мм). Он обладает низкой жёсткостью, оптически прозрачен, пропускает кислород и, что самое главное, давно проверен на биологическую совместимость с организмом человека. Дальше дело за малым: разработать необходимую электронику и средства дозировки и доставки лекарства непосредственно в глаз. И тогда контактные линзы превратятся из инструмента коррекции зрения в инструмент восстановления зрения после травм, болезней или хирургического вмешательства.

Источник:

IBM изучает медный магнетизм: первый шаг к памяти атомарного уровня

В свежем номере издания Nature Nanotechnology два исследователя из компании IBM — Кристофер Люц (Christopher Lutz) и Кай Ян (Kai Yang) рассказали об уникальном опыте изучения магнетизма атома меди. В традиционном понимании медь не является магнитным материалом, но при определённых условиях её атомы могут демонстрировать намагниченность. Главное из этих условий — это изоляция атома меди от других атомов меди. Провести подобный эксперимент учёным помог сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), щуп которого позволяет не только «увидеть» элементарную частицу размером с один атом, но и переместить её из одного места в другое.

IBM

IBM

После изучения изолированного атома меди выяснилось, что магнитная ориентация ядра связана с магнитной ориентацией находящегося вне ядра электрона. Эта связь позволяет считать или записать данные, меняя ориентацию магнитного поля ядра атома меди с помощью поданного на щуп СТМ напряжения. На рисунке выше художник изобразил связь между магнитными полями ядра меди (слева), электрона (справа) и тока, текущего через щуп и электрон (справа). Медь для новой памяти, кстати, была выбрана по причине лучшей проводимости тока, чем железо.

Интересно отметить, что у предложенного метода записи данных в виде смены ориентации магнитного поля атома меди есть ещё одно преимущество перед, скажем, обычной магниторезистивной памятью. Так, если ячейка MRAM хранит данные в виде намагниченности в двух возможных направлениях, то атом меди имеет четыре устойчивых квантовых состояния направления магнитного поля. Проще говоря, ячейка памяти из атома меди может хранить четыре значения данных.

Учёные не скрывают, что они находятся на раннем этапе разработки нового вида памяти. Поэтому сегодня рано говорить о каких-либо сроках коммерциализации открытия. До появления карт памяти с записью данных в каждый атом меди наверняка пройдёт не одна пятилетка. Но с чего-то же надо начинать? Не так ли?

Источник:

ASML подтвердила планы выпуска памяти DRAM с использованием сканеров EUV

На прошедшей неделе нидерландская компания ASML — крупнейший в мире производитель оборудования для литографической проекции при изготовлении полупроводников — провела встречу с инвесторами и пролила свет на свои производственные планы, а также оценила перспективы отрасли. С точки зрения ASML, чьи сканеры в среднем покупают в 84 случаях из 100, рынок прикладной электроники демонстрирует и будет демонстрировать завидное здоровье. В частности, чипы будут востребованы для области связи 5G, ИИ, автономного вождения и больших данных.

Первый коммерческий сканер ASML для EUV-литографии (NXE:3300B)

Первый коммерческий сканер ASML для EUV-литографии (NXE:3300B)

Потребность в полупроводниках для представленных областей и другого транслируется в спрос на продукцию заводов по обработке кремниевых пластин во всех уголках мира. Особенный интерес возникает к самым передовым техпроцессам, что отрасли обычно было не свойственно. Поэтому также складывающаяся обстановка будет благоприятствовать переходу от DUV-сканеров (193-нм) на EUV-сканеры (13,5-нм). Новейшие техпроцессы снова поддержат закон Мура и обеспечат снижение масштабов технологических норм как с точки зрения удешевления производства, так и с позиций роста производительности решений.

Более того, в компании официально подтвердили, что сканеры EUV в ближайшем будущем будут применяться не только для изготовления 7-нм логики (процессоров и другого), но также для производства памяти типа DRAM. Сканеры для выпуска DRAM уже поставлены клиентам и проходят квалификационную проверку. С использованием EUV-проекции будет начат выпуск микросхем памяти с нормами 16 нм. Они помогут удешевить производство DRAM. В частности, за счёт уменьшения числа проходов при проекции. Если вы внимательно следили за новостями на нашем сайте, то вам нетрудно будет вспомнить, что 16-нм DRAM с использованием сканеров EUV будет выпускать Samsung.

Cканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Сканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Новым сканером для EUV станет установка NXE:3400C с производительностью 170 пластин в час при 90 % нагрузке. Актуальные модели сканеров NXE:3400B способны в тех же условиях за час обрабатывать до 150 пластин. Тем самым за сутки набегает почти полтысячи обработанных пластин, что станет хорошим аргументов в пользу перехода на сканеры EUV. Параллельно ASML обещает увеличить разрешение сканеров EUV с помощью выпуска оптики не только с числовой апертурой 0,33 NA, но также с NA 0,55, что произойдёт в следующую декаду. Новое оборудование должно быть встречено в отрасли с интересом, поскольку бизнес по выпуску полупроводников (логики, DRAM и NAND), как уверены в ASML, ждёт хороший рост как минимум до 2025 года со среднегодовым показателем роста 15–20 %.

Источник:

В 2019 году в Китае начнёт внедряться «национальный» 14-нм FinFET техпроцесс

Локомотивом разработки и внедрения в Китае условно национальных техпроцессов является крупнейший в этой стране контрактный производитель полупроводников Semiconductor Manufacturing International (SMIC). Не всё у него идёт гладко, но в свете отказа тайваньской компании UMC от разработки техпроцессов с нормами менее 14 нм SMIC получила шанс обогнать ближайшего к себе тайваньского конкурента как по технологичности, так и по объёмам выручки.

Разделение китайского рынка контрактных полупроводников между местными и иностранными лидерами отрасли (IC Insights)

Разделение китайского рынка контрактных полупроводников между местными и иностранными лидерами отрасли (IC Insights)

На последней отчётной конференции руководство SMIC подтвердило, что производитель начнёт рисковое производство с нормами 14 нм и транзисторами FinFET в первой половине 2019 года. Это на два года позже запуска 14-нм техпроцесса на линиях UMC, но дальше тайваньский производитель не пойдёт, чего не скажешь о намерениях китайцев.

В настоящий момент SMIC на практике обкатывает техпроцесс с нормами 28 нм (HKC+). В третьем квартале 2018 календарного года выручка от выполнения 28-нм заказов принесла SMIC 7,1 % от общей выручки. Впрочем, год назад и кварталом ранее техпроцесс 28 нм принёс компании чуть больше: сокращение составило, соответственно, 8,8 % и 8,6 %. Зато техпроцесс 40/45 нм стабильно приносит SMIC в районе 19 % от общей выручки.

Основной продукцией компании являются дактилоскопические датчики и контроллеры, чипы для беспроводных платформ и электроника по управлению питанием устройств. Интересно отметить, что 33 % объёма выручки китайский контрактник получает от выполнения заказов от компаний из США. Китайские клиенты в третьем квартале принесли SMIC 57,9 % от совокупной выручки. Год назад эта доля составляла 45,7 %, а во втором квартале 2018 года — 58,6 %.

В четвёртом квартале производитель ожидает последовательного снижения квартальной выручки на 7–9 %. В первом квартале 2019 года компания также ждёт непростых времён, в чём будет повинен также сезонный фактор. Спрос со стороны клиентов и рынка SMIC рассчитывает увидеть со второго квартала нового года. Как бы Китай ни обвиняли в протекционизме, SMIC сама крутится, как может (хотя оказание помощи тоже нельзя отрицать). Получается средне, но иным не снилось даже такое.

Источник:

Программа DARPA приведёт к появлению в компьютерах оптических интерфейсов

Традиционные сигнальные интерфейсы с использованием проводных соединений продолжают хорошо себя проявлять на ближней дистанции — в виде токовых проводников в полупроводниковых чипах. На дальней дистанции — для передачи данных между чипами (процессорами, контроллерами и так далее) — проводные соединения становятся препятствием для дальнейшего наращивания параллелизма в вычислениях. Это проявляется не только в ограничении пропускной способности, но также ведёт к увеличению энергозатрат на передачу растущего потока данных. Очевидно, что с этим что-то надо делать. Например — переходить на оптические интерфейсы вместо электрических.

Для решения комплекса проблем, связанных с интеграцией оптических интерфейсов в полупроводниковые приборы и инфраструктуру, агентство DARPA учредило новую программу «PIPES». Аббревиатура PIPES расшифровывается как Photonics in the Package for Extreme Scalability (фотоника в упаковке для исключительного масштабирования). Действие программы будет касаться трёх областей разработок. Во-первых, необходимо создать технологии для интеграции оптических интерфейсов в состав чипов или многочиповых сборок (модулей). Предполагается интеграция оптических I/O-компонентов в интегральные схемы, ПЛИС, графические процессоры и заказные БИС (ASIC). В продолжение работ в этой области необходимо будет помочь в создании в США экосистемы для повсеместного внедрения данного вида разработок.

Второй областью разработок по программе «PIPES» станут поиски технологий и методов передачи данных оптическим способом между чипами и модулями. Иначе говоря, требуется создать интерфейс для передачи оптических сигналов между встроенными в чипы оптическими модулями. Третья область разработок, которая вытекает из первых двух — это необходимость управлять сотнями и тысячами узлов с оптическими интерфейсами. Напомним, всё идёт к увеличению параллелизма в вычислениях, так что сложность и запутанность систем будут расти завидными темпами.

В третью область исследований внесена разработка малопотребляющих и высокоплотных многоканальных и многопортовых оптических интерфейсов. Также к этой области относится разработка малопотребляющих оптических коммутаторов. Разработки во всех трёх областях программы «PIPES», уверяют в DARPA, найдут применение не только в области военного оборудования, но также на гражданке.

Источник:

Imec приступила к коммерческим поставкам нейрозондов нового поколения

При всей своей бытовой доступности человеческий мозг остаётся тайной за семью печатями. Учёные только начинают приближаться к основам того, что можно назвать пониманием мышления, сознания или эмоций. Происходящие в мозге химико-электрические процессы изучены на уровне отдельных нейронов и их связей. Комплексное исследование, которое призвано охватить большие участки мозга, затруднено отсутствием необходимых для этого инструментов. Вернее, было затруднено. Год назад завершена разработка полупроводникового зонда Neuropixels с сотнями каналов для снятия данных активности головного мозга с беспрецедентным разрешением — с почти тысячей датчиками на небольшой кремниевой игле.

Кремниевый нейрозонд нового поколения разработал бельгийский исследовательский центр Imec в содружестве с Исследовательским кампусом Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), независимым международным благотворительным фондом Wellcome Trust с центром в Лондоне, благотворительным фондом Gatsby и Алленским институтом мозга (Allen Institute for Brain Science). Проект стартовал в июле 2013 года и был завершён около года назад. За прошедшее время было разослано около полутысячи прототипов зонда, а сейчас он становится доступен на коммерческой основе.

Кремниевый зонд Neuropixels выпускается на КМОП производстве Imec. Длина кремниевого щупа составляет 1 см. Сечение зонда — 70 × 20 мкм. На каждый миллиметр длины приходится чуть  больше 100 датчиков активности головного мозга. Всего на щупе чуть больше 960 датчиков, которые передают данные одновременно по 384 каналам. Считанная зондом информация позволяет с недоступной ранее степенью детализации считывать данные об активности нейронов на относительно большой площади.

Следует уточнить, что зонд Neuropixels предназначен для изучения активности головного мозга мелких животных. Увы, других надёжных методов снятия состояния нейронов кроме как введения зондов напрямую в мозг пока не придумано. В то же время новая разработка откроет путь к интересным проектам и открытиям, которые ещё на шаг или два приблизят нас к пониманию работы мозга вообще и человеческого мозга в частности.

Источник:

GlobalFoundries создала дочернюю компанию по разработке ASIC

После отказа от гонки за новейшими техпроцессами компания GlobalFoundries ищет новые точки приложения сил. Например, одной из таких точек станет производство полупроводников на подложках FD-SOI. Вторым дополнительным направлением развития компания видит разработку заказных БИС (ASIC) по требованиям клиентов. И если производство полупроводников — это суть деятельности GlobalFoundries, то разработкой БИС на заказ будет заниматься только что созданная и полностью подконтрольная GlobalFoundries дочерняя компания Avera Semiconductor LLC.

Avera Semiconductor

Avera Semiconductor

Конечно же, компания Avera Semiconductor LLC создаётся не на пустом месте. Несколько лет назад компания IBM передала GlobalFoundries два своих полупроводниковых завода в США вместе с разработками и разносторонним персоналом. В числе прочих GlobalFoundries получила штат проектировщиков с многолетним стажем. Это позволяет GlobalFoundries утверждать, что Avera Semi несёт за плечами 25-летний опыт разработки ASIC с более чем 2000 доведёнными до производства проектами для широкого спектра устройств для проводной и беспроводной инфраструктуры, центров обработки и хранения данных, искусственного интеллекта и машинного обучения, а также аэрокосмической отрасли и обороны.

Штат Avera Semiconductor насчитывает свыше 850 работников, а годовая выручка превышает $500 млн. Только для технологических норм 14 нм специалисты будущей Avera Semi спроектировали решения с рыночной стоимостью свыше $3 млрд. В лице новой компании сторонние заказчики получат любые разработки для ИИ, машинного обучения, ЦОД и прочее, что только можно вообразить, и при этом разработки органично впишутся в производство GlobalFoundries с нормами 14 и 12 нм. Если кому-то понадобятся 7-нм техпроцессы или с меньшими технологическими нормами производства, то GlobalFoundries и Avera Semiconductor также готовы создать проекты в союзе с третьими компаниями, например, TSMC.

Avera Semiconductor

Avera Semiconductor

Возглавил компанию Avera Semiconductor ветеран IBM Кевин О'Бакли (Kevin O’Buckley). В IBM он проработал 20 лет и в 2015 году после поглощения заводов компании перешёл на работу в GlobalFoundries.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥