Idag på IEEE International Electron Devices Meeting, IBM-forskare avslöjade flera utforskande forskningsgenombrott som kan leda till stora framsteg när det gäller att leverera dramatiskt mindre, snabbare och kraftfullare datorchips.
I mer än 50 år, datorprocessorer har ökat i kraft och krympt i storlek i en enorm takt. Dock, dagens chipdesigners träffar fysiska begränsningar med Moores lag, stoppa produktinnovationstakten från enbart skalning.
Med praktiskt taget all elektronisk utrustning idag byggd på komplementär-symmetri metall-oxid-halvledarteknik (CMOS), det finns ett akut behov av nya material och kretsarkitekturdesigner som är kompatibla med denna ingenjörsprocess eftersom teknikindustrin närmar sig fysiska skalbarhetsgränser för kiseltransistorn.
Efter år av viktiga fysikframsteg som tidigare endast uppnåtts i ett laboratorium, IBM-forskare har framgångsrikt integrerat utvecklingen och tillämpningen av nya material och logiska arkitekturer på 200 mm (åtta tum) diameter wafers. Dessa genombrott skulle potentiellt kunna ge en ny teknisk grund för konvergensen av datoranvändning, kommunikation, och hemelektronik.
Racetrack minne
Racetrack-minne kombinerar fördelarna med magnetiska hårddiskar och solid-state-minne för att övervinna utmaningarna med växande minneskrav och krympande enheter.
Att bevisa att denna typ av minne är genomförbart, idag beskriver IBM-forskare den första Racetrack-minnesenheten integrerad med CMOS-teknik på 200 mm wafers, kulminerande sju år av fysikforskning.
Forskarna visade både läs- och skrivfunktionalitet på en array av 256 i planet, magnetiserade horisontella racerbanor. Denna utveckling lägger grunden för att ytterligare förbättra Racetrack-minnets densitet och tillförlitlighet med hjälp av vinkelräta magnetiserade racerbanor och tredimensionella arkitekturer.
Detta genombrott kan leda till en ny typ av datacentrerad beräkning som gör att enorma mängder lagrad information kan nås på mindre än en miljarddels sekund.
Grafen
Denna första CMOS-kompatibla grafenenhet någonsin kan främja trådlös kommunikation, och möjliggöra nya, högfrekventa enheter, som kan fungera under ogynnsamma temperatur- och strålningsförhållanden inom områden som säkerhet och medicinska tillämpningar.
Den integrerade grafenkretsen, en frekvensmultiplikator, fungerar upp till 5 GHz och stabil upp till 200 grader Celcius. Även om detaljerad termisk stabilitet fortfarande behöver utvärderas, dessa resultat är lovande för grafenkretsar att användas i högtemperaturmiljöer.
Ny arkitektur vänder den nuvarande grafentransistorstrukturen på huvudet. Istället för att försöka avsätta grinddielektrik på en inert grafenyta, forskarna utvecklade en ny inbäddad grindstruktur som möjliggör hög enhetsutbyte på en 200 mm wafer.
Kolnanorör
IBM-forskare visade idag den första transistorn med kanallängder under 10 nm, överträffar de bästa konkurrerande silikonbaserade enheterna på dessa längdskalor.
Även om det redan övervägs i olika applikationer, allt från solceller till skärmar, det förväntas att datorer som under det kommande decenniet kommer att använda transistorer med en kanallängd under 10 nm, en längdskala där konventionell kiselteknik kommer att ha extrema svårigheter att prestera även med nya avancerade enhetsarkitekturer. De skalade kolnanorörsenheterna under 10 nm grindlängd är ett betydande genombrott för framtida tillämpningar inom datorteknik.
Även om det ofta förknippas med att förbättra växlingshastigheten (på-tillstånd), detta genombrott visar för första gången att kolnanorör kan ge utmärkt off-state beteende i extremt skalade enheter - bättre än vad några teoretiska uppskattningar av tunnelströmmen antydde.
