მრავალი ათწლეულის განმავლობაში კომპიუტერული ინდუსტრია ერთი მარტივი პრინციპით ვითარდებოდა: ტრანზისტორების დაპატარავება და მათ მაქსიმალურად მჭიდროდ განთავსება ჩიპზე. სწორედ ეს სტრატეგია ედო საფუძვლად მურის კანონს, რომელიც გამოთვლითი სიმძლავრის ექსპონენციურ ზრდას წინასწარმეტყველებდა. თუმცა, დღეს ინჟინრები ფიზიკურ ზღვარს მიუახლოვდნენ.

სილიკონის ფიზიკური ზღვარი

როდესაც კომპონენტების ზომა ატომურ მასშტაბებს უახლოვდება, კვანტური მექანიკის კანონები და სილიკონის მასალის ბუნებრივი თვისებები ხელს უშლის შემდგომ მინიატურიზაციას. ილინოისის უნივერსიტეტის (Grainger College of Engineering) პროფესორის, ცინგ კაოს გუნდმა გამოსავალი ჰორიზონტალურიდან ვერტიკალურ არქიტექტურაში იპოვა.

მათ შეიმუშავეს მეთოდი, რომელიც საშუალებას იძლევა, სილიკონის ელექტრონული ფენები პირდაპირ ერთმანეთზე დავაწყოთ. ეს მიდგომა ჰგავს ქალაქის გაფართოებას არა გარეუბნების ხარჯზე, არამედ ცათამბჯენების მშენებლობით. შედეგად, ვიღებთ უფრო კომპაქტურ, სწრაფ და ენერგოეფექტურ ჩიპებს.

რატომ არის ეს გარღვევა?

მონოლითური 3D ინტეგრაციის მთავარი გამოწვევა ტემპერატურაა. ტრადიციულად, მაღალი ხარისხის სილიკონის წარმოება 1000 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურას მოითხოვს, რაც ჩიპის ქვედა ფენებში არსებულ ლითონის შეერთებებს გაანადგურებდა. არსებული ინდუსტრიული სტანდარტით, თერმული ზღვარი 400 გრადუსია.

კაოს გუნდმა ეს პრობლემა ულტრათხელი სილიკონის ნანომემბრანების გამოყენებით გადაჭრა. ისინი ამზადებენ 10 ნანომეტრის სისქის მემბრანებს, რომელთა დატანება მიმღებ სუბსტრატზე 200 გრადუსზე დაბალ ტემპერატურაზე ხდება. ეს მეთოდი ინარჩუნებს სილიკონის კრისტალურ სტრუქტურას და უზრუნველყოფს 98-100%-იან წარმადობას.

პერსპექტივა ინდუსტრიისთვის

მკვლევარებმა უკვე შექმნეს სამი დაწყობილი ფენა, თითოეულში 625 ტრანზისტორით. შედეგებმა აჩვენა, რომ ახალი ტექნოლოგია არ ჩამოუვარდება ტრადიციულ მეთოდებს და აღემატება ალტერნატიული მასალების გამოყენებით შექმნილ ჩიპებს. ეს ტექნიკა განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ხელოვნური ინტელექტისა და დიდი მონაცემების დამუშავებისთვის, სადაც ჩიპებს შორის კომუნიკაციის სიჩქარე გადამწყვეტია.

ნაშრომი, რომელიც ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნდა, ადასტურებს, რომ მონოლითური 3D ინტეგრაცია აღარ არის მხოლოდ თეორია. ეს არის რეალური გზა, რათა მიკროპროცესორების განვითარება კიდევ წლების განმავლობაში გაგრძელდეს.