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新型纳米线结构增强计算机的处理能力

硬件 时间:2021-10-16 18:00:05

瓦莱里奥·皮亚扎(Valerio Piazza)正在创造一种新的3D架构,这种架构是由一种创造性的纳米线构建而成的。他的研究旨在突破小型化的界限,为更强大的电子设备铺平道路。他刚刚获得了2020年皮亚杰科学奖,该奖的奖金将资助他在EPFL的工作一年。

Piazza是EPFL半导体材料实验室的科学家,他在纳米尺度上研究半导体。他的重点是纳米线,或者说由半导体材料制成的纳米结构,他的目标是使晶体管超越其饱和点。这是因为晶体管在汽车、交通灯甚至咖啡机中随处可见,但它们的小型化能力正在达到极限,因为现有的设计已经接近饱和。Piazza说:“我们现在在处理能力方面面临的主要挑战与克服晶体管饱和点有关,我们可以用纳米线和其他种类的纳米结构来实现这一点。”。

最近处理能力的提高很大程度上源于微加工方法的进步。这些方法使得工程师们能够开发出紧凑而复杂的电子设备,如智能手机和智能手表。通过减小晶体管的尺寸,工程师们可以在电路上安装更多的晶体管,从而在给定的表面积上获得更大的处理能力。但这也意味着,基于晶体管的大小,处理器的小型化程度是有限的。至少对当前一代处理技术来说是这样。Piazza的工作旨在通过开发用于下一代量子计算机的基于纳米线的新型晶体管来克服这一障碍。

今天的计算机是由电子元件和处理芯片等集成电路组成的。每个位对应一个电荷,该电荷指示电流是否通过导线(即“开”或“关”)。另一方面,量子计算机不仅限于两种状态,而且可以容纳无限多的状态。量子计算的基本元素是量子比特,它是最小的存储单元。Piazza正是在这个亚微米的水平上进行他的研究。

Piazza的水平纳米线——它们也可以是垂直的——由周期表第三组和第五组的原子组成:镓、铝、铟、氮、磷和砷。“我们开发工作的每一步都有自己的挑战。首先,我们必须对基底进行纳米结构,并在这里制造材料。挑战是提高晶体的质量。然后,我们需要对我们的纳米线进行表征,以改善其电性能,”他说。

处理器晶体管目前的测量值约为10纳米。Piazza的(水平)纳米线尺寸相同,但应提供更好的电气性能,这取决于晶体质量。他的方法包括在基板表面蚀刻纳米导体,以创建不同的图案,这将使他能够测试各种结构以提高性能。“以一个城市的高速公路为例。如果只有一条路,你只能从a点到B点。但是如果有很多出口和小街,你可以去不同的社区,走得更远,”Piazza说。换句话说,他正在创建一个网络。在接下来的几个月里,他将专注于确定可以改善流程的因素。

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