Исследователи из Китая продемонстрировали уникальный 32-битный процессор, который изготовлен не из стандартного кремния, а из дисульфида молибдена — материала толщиной в одну единственную молекулу. Этот процессор, получивший название RV32-WUJI, обладает невысокой производительностью, однако его основная ценность заключается в возможности использования ультратонких полупроводников в будущем технологическом развитии.
Дисульфид молибдена (MoS2) — это материал, по своей структуре напоминающий графен: он представляет собой тонкий атомарный слой, толщина которого чуть больше одного атома благодаря специфическому химическому соединению. В отличие от графена, обладающего высокой проводимостью, MoS2 выступает в роли полупроводника, что делает его крайне перспективным для развития электроники. Ранее из него были созданы такие экспериментальные устройства, как флеш-память и датчики. В новом проекте ученые вырастили крупные листы MoS2 на сапфировой основе и разработали процессор, содержащий почти 6000 транзисторов.
Двумерные (2D) материалы, такие как MoS2, характеризуются атомарной связью преимущественно в одной плоскости. На примере графена, состоящего лишь из углерода, понятно, что он имеет атомарную толщину. В MoS2 атомные связи между молибденом и серой немного уклоняются от плоскости, вследствие чего его слой чуть толще, но все равно необычайно тонкий. Этими материалами определяется электронная структура, зависящая от молекулярной композиции, а не от объема, как у обычных полупроводников.
Разработчики акцентировали внимание на совместимости с текущими техниками производства кремниевых чипов, чтобы облегчить интеграцию MoS2 с уже существующими кремниевыми компонентами, хотя работа с MoS2 оказалась сложной. В кремнии для регулирования свойств транзисторов применяется легирование, но в атомарно-тонком слое это невозможно. Таким образом, все транзисторы RV32-WUJI имеют одну polarisir (n-типа), а характеристики их изменялись с помощью металлов — алюминия и золота — для проводки и оптимальных материалов окружения.
Для сборки чипа ученые сначала синтезировали набор индивидуальных приборов и с использованием технологий машинного обучения выяснили, какие комбинации материалов и проводки позволяют достичь нужных параметров транзисторов. В результате процессор объединили из 5900 транзисторов, совместимых с полным набором инструкций 32-битной архитектуры RISC-V. Чтобы проверить работоспособность, было проведено тестирование 25 цифровых блоков, из которых 18 оказались функциональными. Максимальная рабочая частота ограничена килогерцами из-за задержек сигнала по самому протяженному маршруту на чипе.
Процессор продемонстрировал свою концептуальную жизнеспособность, но с некоторыми ограничениями. Например, он выполняет сложение двух 32-битных чисел по одному биту за цикл, что требует 32 циклов на операцию. Для хранений промежуточных данных понадобилось установить буферные элементы. Процент выхода годных транзисторов составил более 99,9%, для целых чипов — 99,8%. Однако показатели для сложных элементов, как 8-битные регистры, достигли лишь 71%, а для 64-битных — только 7%, так как для них требуется 1152 транзистора.
.
Источник: iXBT
