Yapay zeka özellikli cihazlara yönelik talep arttıkça, çip üreticileri daha fazla işlem gücünü daha küçük alanlara sığdırmaya çalışıyor. Ancak bu hedef, üretim maliyeti, enerji tüketimi ve ısınma gibi temel mühendislik sorunlarını da beraberinde getiriyor. Güney Kore’deki Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları, bu soruna yeni bir yarı iletken tasarımıyla çözüm arıyor. Ekip, tek bir transistörün aynı anda birden fazla devre işlevini yerine getirebildiği yeni bir yapı geliştirdi.
DAHA AZ BİLEŞENLE DAHA FAZLA İŞLEM
Modern çiplerde işlem kapasitesini artırmak için çok sayıda transistör ve devre kullanılıyor. Ancak bileşen sayısı arttıkça çipin kapladığı alan, enerji tüketimi ve üretim maliyeti de yükseliyor. Profesör Byoung Hun Lee ve Dr. Jae Hyeon Jun liderliğindeki POSTECH ekibi, daha fazla bileşen eklemek yerine transistörün işlevini genişletmeye odaklandı. Yeni cihazda çinko oksit ve tellür elementleri kullanıldı. Bu malzemeler, düşük sıcaklıklarda ince yarı iletken filmler oluşturabildiği için mevcut çip üretim süreçlerine daha kolay uyarlanabiliyor. Tasarımın 200 santigrat derecenin altında işlenebilmesi, özellikle mevcut çip katmanlarının üzerine yeni devrelerin eklenmesi açısından önemli bir avantaj sağlıyor.
ÇİFT NDT ETKİSİYLE YENİ DEVRE MİMARİSİ
Geleneksel transistörlerde voltaj arttıkça elektrik akımı da genellikle artıyor. POSTECH ekibinin geliştirdiği yeni transistör ise bu davranışın dışına çıkıyor. Cihaz, voltaj artarken akımın belirli noktalarda geçici olarak düştüğü negatif diferansiyel iletkenlik etkisinden yararlanıyor. Araştırmacılar, çinko oksit ve tellür katmanlarının örtüşme oranını değiştirerek aynı cihaz içinde iki kez akım düşüşü oluşturan “çift NDT” etkisini elde etti. Bu yapı, transistörün hem yatay hem de dikey akım hareketlerini kullanmasını sağladı. Böylece cihaz, normalde birden fazla bileşen gerektiren bazı devre işlemlerini tek başına gerçekleştirebildi.
TRANSİSTÖR İHTİYACI YÜZDE 75 AZALDI
Araştırmacılar, teknolojinin potansiyelini göstermek için frekans dört katlayıcı bir devre üzerinde test yaptı. Bu tür devreler, gelen bir sinyali dört çıkış sinyaline dönüştürmek için kullanılıyor. Geleneksel yarı iletken devrelerde bu işlem için birden fazla transistöre ihtiyaç duyulurken, yeni tasarım aynı görevi tek bir transistörle yerine getirdi. Bu sayede transistör ihtiyacının yüzde 75 oranında azaltılabileceği gösterildi. Ayrıca tek bir sinyal döngüsü sırasında veri işleme hızının dört katına çıkabildiği belirtildi.
YAPAY ZEKA VE GİYİLEBİLİR CİHAZLAR İÇİN ÖNEMLİ
Araştırma, özellikle küçük boyutlu ve düşük güç tüketimli cihazlar için dikkat çekici sonuçlar sunuyor. Akıllı saatler, sensörler, giyilebilir sağlık cihazları ve kompakt yapay zeka donanımları, daha az bileşenle daha yüksek işlem kapasitesinden yararlanabilir. Teknolojinin yoğun paketlenmiş üç boyutlu çip sistemlerinde de kullanılabileceği değerlendiriliyor. Bu tür mimarilerde bileşen sayısının azaltılması, hem ısınma sorununu hem de üretim maliyetini düşürebilir.
ENDÜSTRİYEL ÖLÇEKLENEBİLİRLİK HEDEFİ
Güney Kore Bilim ve Bilişim Teknolojileri Bakanlığı tarafından desteklenen çalışma, Advanced Functional Materials dergisinde yayımlandı. Proje lideri Profesör Lee, çalışmanın karmaşık devre işlevlerinin tek bir cihaz düzeyinde uygulanabileceğini ve endüstriyel ölçekte değerlendirilebileceğini gösterdiğini belirtti. Yeni yarı iletken tasarımı, çip mimarisinde daha küçük, hızlı ve enerji verimli sistemlere geçiş için önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.
