Плоский процессор разработали, используя дисульфид молибдена вместо кремния в качестве полупроводника. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Китайские исследователи разработали 32-битный процессор соответствующий стандарту RISC-V, используя в качестве полупроводника дисульфид молибдена — материал толщиной всего в одну молекулу. Процессор RV32-WUJI — одно из самых сложных электронных устройств, когда-либо созданных с использованием некремниевых материалов.
Дисульфид молибдена относится к классу двумерных материалов, которые образуют листы толщиной всего в одну молекулу. Хотя этот материал немного толще атомарно тонкого графена из-за зигзагообразного расположения атомов, его полупроводниковые свойства делают его перспективным кандидатом для создания электронных компонентов нового поколения.
Процессор RV32-WUJI содержит почти 6000 отдельных транзисторов и способен выполнять полный набор 32-битных инструкций стандарта RISC-V. При этом устройство обрабатывает только один бит за такт, а тактовая частота ограничена килогерцами. Для сравнения, современные кремниевые процессоры работают на частотах в гигагерцы — в миллионы раз быстрее.
Процессор RV32-WUJI. Изображение: Mingrui Ao et al., Nature
Создание процессора на основе дисульфида молибдена потребовало преодоления технических препятствий. В отличие от кремния, этот материал нельзя легировать примесями для изменения полупроводниковых свойств. Поэтому исследователи использовали разные металлы (алюминий и золото) для проводки и различные материалы для размещения проводников, что позволило регулировать пороговые напряжения каждого транзистора.
Для оптимизации конструкции ученые использовали машинное обучение, определяя лучшие комбинации материалов для каждого транзистора. Они создали и протестировали полный набор из 25 логических вентилей, из которых 18 оказались функциональными и были использованы в финальной конструкции чипа. Общий выход годных транзисторов при изготовлении чипа превысил 99,9%, а на уровне всего чипа составил 99,8%.
Разработчики не считают, что их технология в ближайшее время сможет заменить кремний в массовом производстве электроники. Вместо этого они видят потенциал применения подобных процессоров в нишевых областях, таких как сверхнизкое энергопотребление для простых датчиков и сенсоров. Дисульфид молибдена уже использовали для создания экспериментальных простых электронных устройств, включая флэш-память и датчики изображений.
