Silicio integriniai grandynai artėja prie fizinių miniatiūrizacijos ribų, todėl mokslininkai visame pasaulyje vis aktyviau tiria dvimatės medžiagos, tokios kaip molibdeno disulfidas (MoS₂) ir volframo diselenidas (WSe₂), galimybes kurti ateities mikroprocesorius.
Šios medžiagos paprastai yra vieno atomo storio ir pasižymi unikaliomis fizikinėmis savybėmis, kurios gali užtikrinti revoliucinį funkcionalumą naujos kartos elektroninėse grandinėse.
Didelio našumo skaičiavimams skirtas lustas
Mikroprocesorių, pavadintą „Lingyu CPU“ („Lingyu CPU“), sukūrė bendrovė „RiVAI Technologies“.
Taip pat teigiama, kad šis lustas yra pirmasis visiškai savarankiškai Kinijoje sukurtas didelio našumo serverių procesorius, pagrįstas RISC-V architektūra.
RISC-V serverio lustas sukurtas didelio našumo skaičiavimams palaikyti ir gali apdoroti didelius atvirojo kodo kalbų modelius, pavyzdžiui, „DeepSeek“.
Moksliniame žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime pranešama, kad Kinijos mokslininkai pristatė RISC-V (Reduced Instruction Set Computing) architektūra pagrįstą mikroprocesorių. Procesorius gali vykdyti standartines 32 bitų instrukcijas naudodamas 5 900 tranzistorių, pagamintų iš molibdeno disulfido (MoS₂).
Jis sukurtas naudojant visą standartinių elementų biblioteką, sukurtą naudojant 2D puslaidininkių technologiją. Šią biblioteką sudaro 25 tipų loginiai blokai.
Vadovaudamiesi principais, ištobulintais kuriant silicio integrinius grandynus, tyrėjai 2D loginiams grandynams taikė bendrą procesų ir dizaino optimizavimą.
Molibdeno disulfidą sudaro siera (geltoni rutuliukai) ir molibdenas (mėlyni rutuliukai), išsidėsčiusios šešiakampėje struktūroje.
„Mūsų kombinuota gamybos ir projektavimo metodika įveikė didelius iššūkius, susijusius su dvimačių grandinių integravimu visos plokštelės lygmeniu (wafer-scale integration).
Tai leido sukurti novatorišką MoS₂ pagrindu sukurtą mikroprocesoriaus prototipą, kuris demonstruoja dvimačių integruotų grandynų technologijos kaip alternatyvos siliciui potencialą“, – teigia tyrimo autoriai.
Pranešama, kad lustas palaiko vektorinį instrukcijų rinkinį, pasižymi itin plačia vektorinių skaitmenų talpa ir siūlo didesnę skaičiavimo galią įvairioms užduotims, įskaitant mašininį mokymąsi, atlikti.
Atvira instrukcijų rinkinio architektūra
RISC-V įdiegta atvira instrukcijų rinkinio architektūra (ISA), kuri leidžia Kinijos bendrovėms projektuoti ir gaminti procesorius be užsienio intelektinės nuosavybės savininkų licencijų ir susijusių apribojimų.
Perėjimas prie RISC-V aktyviai skatinamas Kinijoje, reaguojant į tebesitęsiančią prekybinę įtampą ir sankcijas, dėl kurių Vidurio Karalystėje ribojama galimybė naudotis pažangiomis lustų gamybos technologijomis.
Remiantis paskelbtais duomenimis, sukurtame procesoriuje yra 5900 atskirų tranzistorių ir jis gali vykdyti visą 32 bitų RISC-V instrukcijų rinkinio versiją.
Tai reiškia, kad jame yra gana sudėtingų grandynų elementų, pavyzdžiui, RISC-V instrukcijų dekoderis.
Kartu kai kurie jo veikimo aspektai yra sąmoningai supaprastinti. Pavyzdžiui, nors procesorius gali atlikti dviejų 32 bitų skaičių sudėjimo operaciją, jis tai daro nuosekliai, apdorodamas vieną bitą per taktą. Taigi vienai tokiai operacijai atlikti reikia 32 procesoriaus taktų.
Silicio alternatyvų paieška
Pastaraisiais metais labai suintensyvėjo „po silicio eros“ (angl. post-silicon) puslaidininkinių medžiagų paieškos.
Taip yra dėl esminių tradicinių biriųjų silicio pagrindu pagamintų puslaidininkių apribojimų mažėjant tranzistorių dydžiams.
Vieni iš pagrindinių iššūkių yra šie:
Nepageidaujamas efektas, dėl kurio prarandama užtūros kontrolė tranzistoriaus kanale, kai tranzistorius yra mažo dydžio.
Tarpfazinė sklaida: elektronų arba skylių greičio tranzistoriaus kanale sumažėjimas dėl defektų puslaidininkio ir dielektriko sąsajoje.
Ribotas perjungimo santykis (srovės įjungimo/išjungimo santykis): Srovės įjungtoje būsenoje ir nuotėkio srovės išjungtoje būsenoje santykis, kurį riboja pagrindinės puslaidininkio savybės, ypač jo draudžiamosios juostos plotis.
Būtent šie iššūkiai paskatino ieškoti geresnių medžiagų, o dvimačiai (2D) puslaidininkiai, kurių storis siekia vieną atominį sluoksnį, laikomi vienu iš perspektyviausių ateities elektronikos sprendimų.
