Китайские ученые заявили о прорыве в области транзисторов из углеродных нанотрубок

Попасть в китайскую полупроводниковую лабораторию практически невозможно, но китайские ученые склонны делиться результатами своей работы. Так, наши коллеги из TechXplore нашли статью исследователей из Пекинского университета, которые утверждают, что создали первый в отрасли тензорный процессор (TPU) с транзисторами на основе углеродных нанотрубок.

Прежде чем мы перейдем к тому, что было достигнуто, давайте немного поговорим о транзисторах на основе углеродных нанотрубок и о том, почему они важны. Транзисторы на основе углеродных нанотрубок (CNT) по сути являются полевыми транзисторами GAA (GAA FET), которые можно применять практически во всем, и у них есть все, что можно ожидать от транзистора GAA, например, улучшенный контроль над производительностью и мощностью, а также сниженные токи утечки. Samsung уже некоторое время использует GAAFET с технологическими процессами класса 3 нм, но до сих пор этот производственный узел использовался для довольно простых чипов для майнинга криптовалют. Intel использует GAA FET для процессоров, изготовленных на ее узле 20A, в то время как TSMC примет транзисторы GAA с технологическим процессом N2, который поступит в массовое производство во второй половине 2025 года.

Используя эту технологию с использованием УНТ или GAAFET, исследователи из Пекинского университета создали небольшой TPU — первый в мире тензорный процессор с транзисторами такого типа.

«Мы сообщаем о тензорном процессоре (TPU), который основан на 3000 полевых транзисторах на основе углеродных нанотрубок и может выполнять энергоэффективные операции свертки и умножения матриц», — говорится в описании статьи, опубликованном в Nature. «TPU построен на архитектуре систолического массива, которая позволяет выполнять параллельные 2-битные целочисленные операции умножения-накопления».

Пятислойная сверточная нейронная сеть, использующая этот TPU, может достичь точности распознавания изображений MNIST до 88%, потребляя при этом всего 295 мкВт мощности. Это стало возможным благодаря оптимизированному процессу изготовления нанотрубок, который обеспечивает чистоту полупроводника 99,9999% и сверхчистые поверхности, что приводит к транзисторам с высокой плотностью включенного тока и стабильной производительностью. Моделирование на системном уровне предполагает, что 8-битный TPU, построенный с транзисторами нанотрубок на технологическом узле 180 нм, может работать на основной частоте 850 МГц и достигать энергоэффективности 1 тераоперации в секунду на ватт.

Исследователи полагают, что производительность TPU может быть улучшена еще больше. За счет тонкой настройки выравнивания GAA FET, уменьшения размера транзисторов и увеличения разрядности процессорного блока эффективность и вычислительная мощность чипа могут быть повышены еще больше, как полагают. Интеграция TPU с комплементарной логикой металл-оксид-полупроводник (КМОП) является еще одним путем для потенциального улучшения.

Учитывая, что речь идет о GAA FET, реализованных с использованием технологического процесса класса 180 нм, практическая применимость этого TPU, мягко говоря, низкая. Однако, используя рабочую схему TPU, исследователи теперь могут совершенствовать технологический процесс, что крайне важно для дальнейшего развития китайских полупроводниковых возможностей.

Источник: Tomshardware.com