Открыто явление, позволяющее повысить тактовую частоту компьютеров

Открыто явление, позволяющее повысить тактовую частоту компьютеров

Экспериментальная установка с образцом, который выглядит подобно пластинке толстого стекла с тонкими электродами, осажденными наверху

«Гонка мегагерц» окончилась примерно 10 лет назад, дойдя до разумного компромисса с рассеиваемой энергией. Казалось, что пути повышения частоты без перегрева чипов не существует.

Однако ученые из МТИ совместно с коллегами из Аугсбургского университета в Германии сообщили об открытии нового физического явления, которое позволило бы производить транзисторы с намного улучшенной емкостью, которая определяет напряжение, необходимое для перемещения зарядов. И это, в свою очередь, могло бы привести к возрождению тактовой частоты как меры вычислительной мощности.

Емкость определяет, какая величина заряда аккумулируется под затвором при заданном напряжении. Мощность, потребляемая чипом, и выделяемое тепло пропорциональны квадрату прикладываемого напряжения. Таким образом, понижение рабочего напряжения может привести к существенному снижению рассеиваемой мощности, создавая возможность повышать тактовую частоту.

Группа ученых исследовала необычную физическую систему, которая образуется путем выращивания алюмината лантана на поверхности титаната стронция. Алюминат лантана состоит из чередующихся слоев окисла лантана и окисла алюминия. Лантановый слой имеет небольшой положительный заряд, алюминиевый – небольшой отрицательный. Результирующее электрическое поле создает разность потенциалов между верхней и нижней поверхностями материала.

Обычно и алюминат лантана, и титанат стронция являются изоляторами. Но физики обнаружили, что если алюминат лантана взять достаточно толстым, напряжение будет увеличиваться до значения, когда некоторые электроны начнут двигаться от верхней поверхности к нижней, чтобы предотвратить так называемую поляризационную катастрофу. В результате в месте соединения с титанатом стронция появляется проводящий канал, во многом подобный тому, который образуется в транзисторах. Тогда ученые решили измерить емкость между каналом и электродом затвора наверху алюмината лантана.

Обнаруженное их удивило. Хотя аппаратура несколько ограничивала возможности эксперимента, но напрашивался вывод, что очень малое изменение напряжения может вызывать появление большого заряда в канале между двумя материалами. Примечательно, что все это работает при комнатной температуре.

Емкость материала оказалась столь высокой, что исследователи сомневались, что это объяснимо существующей физикой. «Мы видели подобный эффект в полупроводниках, - сказал проф. Раймонд Ашури (Raymond Ashoori) из МТИ. – Но это были очень чистые образцы, и эффект был очень мал. А здесь – очень грязный образец и очень большой эффект. Не совсем ясно, почему он такой большой. Это может быть новый квантовомеханический эффект или неизвестная физика материала».

Однако исследованная система обладала одним недостатком: хотя в канале перемещался большой заряд, но вследствие низкой подвижности, ток оставался небольшим. Это может быть следствием сильной загрязненности образца.

Правда, некоторые ученые высказывают опасения, что такие изменения технологии производства чипов, столкнутся с большим сопротивлением индустрии. С этим соглашается и проф. Ашури: «Это не перевернет электронику завтра. Но этот механизм существует, и мы знаем, что он существует, и если мы сможем его понять, мы можем попытаться сделать его приемлемым для индустрии».

  • Дата публикации: 09.06.2011
  • 237

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться