За пределами КМОП
Beyond CMOS относится к возможным будущим цифровым логическим технологиям, выходящим за пределы масштабирования технологии CMOS . [1] [2] [3] [4] что ограничивает плотность и скорость устройства из-за нагрева. [5]
Beyond CMOS — это название одной из 7 фокус-групп в ITRS 2.0 (2013 г.) и в его преемнике — Международной дорожной карте для устройств и систем .
Процессоры, использующие CMOS, были выпущены с 1986 года (например, Intel 80386 с частотой 12 МГц ). Поскольку размеры КМОП-транзистора были уменьшены, тактовая частота также увеличилась. Примерно с 2004 года тактовая частота CMOS-процессора стабилизировалась на уровне около 3,5 ГГц.
Размеры устройств CMOS продолжают уменьшаться – см. Intel «тик-так» и ITRS :
- 22-нанометровый Ivy Bridge в 2012 году
- Первые 14-нанометровые процессоры были поставлены в четвертом квартале 2014 года.
- В мае 2015 года компания Samsung Electronics продемонстрировала пластину диаметром 300 мм из 10-нанометровых чипов FinFET . [7]
Пока неясно, будут ли КМОП-транзисторы по-прежнему работать при нормах меньшего размера 3 нм. [4] См. 3 нанометра .
Сравнение технологий
[ редактировать ]Примерно в 2010 году Инициатива наноэлектронных исследований (NRI) изучала различные схемы в различных технологиях. [2]
Никонов протестировал (теоретически) многие технологии в 2012 году. [2] и обновил его в 2014 году. [8] Бенчмаркинг 2014 года включал 11 электронных, 8 спинтронных , 3 орбитронных , 2 сегнетоэлектрических и 1 стрейнтронную технологию. [8]
за 2015 год Отчет ITRS 2.0 включал подробную главу « За пределами CMOS» . [9] охватывающее ОЗУ и логические элементы.
Некоторые направления расследования
[ редактировать ]- Магнито-электрическая спин-орбитальная логика [10]
- туннельного перехода устройства , например туннельный полевой транзистор [11]
- из антимонида индия транзисторы
- полевой транзистор с углеродными нанотрубками , например туннельный полевой транзистор CNT
- графеновые наноленты
- молекулярная электроника
- спинтроника — много вариантов
- будущие технологии низкоэнергетической электроники , пути проводимости со сверхнизким рассеиванием, в том числе
- фотоника и оптические вычисления
- сверхпроводящие вычисления
- быстрый однопоточный квант (RSFQ)
Сверхпроводящие вычисления и RSFQ
[ редактировать ]Сверхпроводящие вычисления включают в себя несколько технологий, выходящих за рамки КМОП, которые используют сверхпроводящие устройства, а именно джозефсоновские переходы, для электронной обработки сигналов и вычислений. Один вариант, называемый логикой быстрого однопоточного квантования (RSFQ), был сочтен АНБ многообещающим в технологическом обзоре 2005 года, несмотря на тот недостаток, что доступные сверхпроводники требуют криогенных температур. Более энергоэффективные варианты сверхпроводящей логики разрабатываются с 2005 года и рассматриваются для использования в крупномасштабных вычислениях. [12] [13]
См. также
[ редактировать ]- Международная технологическая дорожная карта для полупроводников
- Международная дорожная карта для устройств и систем
- Закон Мура
- Масштабирование МОП-транзисторов
- Nanostrain — проект по определению характеристик пьезоэлектрических материалов для переключателей малой мощности.
- S-PULSE , инициатива ЕС по сокращению сверхпроводящей электроники сверхмалой мощности
- Вероятностный комплементарный металлооксидный полупроводник ( ПКМОП )
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Расширяя путь за пределы КМОП. Хатчби, 2002 г.» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 6 декабря 2022 г. Проверено 16 апреля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Никонов Дмитрий Евгеньевич; Янг, Ян А. (сентябрь 2012 г.). «Обзор устройств Beyond-CMOS и единая методология их сравнительного анализа». arXiv : 1302.0244 [ cond-mat.mes-hall ].
- ^ Бернштейн; и др. (2011). «Перспективы устройств и архитектуры для коммутаторов CMOS» . Архивировано из оригинала 22 февраля 2015 г. Проверено 22 февраля 2015 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Перейти обратно: а б «Обзор передовых и нестандартных технологий КМОП-транзисторов для проектирования радиочастотных схем. Карта 2011» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 23 февраля 2015 г. Проверено 23 февраля 2015 г.
- ^ Фрэнк, диджей (март 2002 г.). «Пределы масштабирования КМОП с ограничением мощности». Журнал исследований и разработок IBM . 46 (2.3): 235–244. CiteSeerX 10.1.1.84.4043 . дои : 10.1147/rd.462.0235 .
- ^ «За пределами CMOS» (PDF) . Международная дорожная карта для устройств и систем (изд. 2017 г.). IEEE. 2018. Архивировано (PDF) из оригинала 3 июля 2018 г. Проверено 3 июля 2018 г.
- ^ «Samsung обещает начать производство 10-нм чипов в 2016 году» . 23 мая 2015 года. Архивировано из оригинала 16 июля 2015 года . Проверено 16 июля 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б Никонов; Молодой (2015). «Сравнительный анализ Beyond-CMOS Exploratory – устройств для логических интегральных схем» . Журнал IEEE по исследовательским твердотельным вычислительным устройствам и схемам . 1 :3–11. Бибкод : 2015IJESS...1....3N . дои : 10.1109/JXCDC.2015.2418033 .
- ^ За пределами CMOS (PDF) . Международная технологическая дорожная карта для полупроводников 2.0 (изд. 2015 г.). Архивировано (PDF) из оригинала 16 апреля 2023 г. Проверено 16 июня 2017 г.
- ^ Манипатруни, Сасикант; Никонов Дмитрий Евгеньевич; Линь, Цзя-Цзин; Госави, Танай А.; Лю, Хуэйчу; Прасад, Бхагвати; Хуан, Йен-Линь; Бонтурим, Эвертон; Рамеш, Рамамурти; Янг, Ян А. (3 декабря 2018 г.). «Масштабируемая энергоэффективная магнитоэлектрическая спин-орбитальная логика» . Природа . 565 (7737): 35–42. дои : 10.1038/s41586-018-0770-2 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 30510160 . S2CID 256769872 .
- ^ Сибо (сентябрь 2013 г.). «Туннельный транзистор» . IEEE-спектр . 50 (10). ИИЭР: 35–62. дои : 10.1109/MSPEC.2013.6607013 . S2CID 2729197 . Архивировано из оригинала 29 июня 2021 г. Проверено 16 апреля 2023 г.
- ^ Холмс, Д.С.; Риппл, Алабама; Манхаймер, Массачусетс (июнь 2013 г.). «Энергоэффективные сверхпроводящие вычисления — бюджет мощности и требования» . IEEE Транс. Прил. Суперконд . 23 (3). 1701610. Бибкод : 2013ITAS...2301610H . дои : 10.1109/TASC.2013.2244634 . S2CID 20374012 . Архивировано из оригинала 10 октября 2022 г. Проверено 16 апреля 2023 г.
- ^ Холмс, Д.С.; Кадин, AM; Джонсон, Миссури (декабрь 2015 г.). «Сверхпроводниковые вычисления в крупномасштабных гибридных системах» . Компьютер . 48 (12): 34–42. дои : 10.1109/MC.2015.375 . S2CID 26578755 . Архивировано из оригинала 25 декабря 2022 г. Проверено 16 апреля 2023 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Банерджи, Нилой (3 сентября 2019 г.). «Новая дверь в мир «за пределами CMOS» . БИСинфотек . Архивировано из оригинала 13 мая 2022 г. Проверено 13 мая 2022 г.
- Никонов Дмитрий Евгеньевич; Ян А. (2013-12). «Обзор устройств Beyond-CMOS и единой методологии их сравнительного анализа». Труды IEEE . 101 (12): 2498–2533. дои : 10.1109/jproc.2013.2252317. ISSN 0018-9219.
- Сибо, А.С. и Чжан, К., 2010. Низковольтные туннельные транзисторы для КМОП-логики. Труды IEEE , 98 (12), стр. 2095-2110.
- Бернштейн К., Кэвин Р.К., Пород В., Сибо А. и Вельзер Дж., 2010. Перспективы устройств и архитектуры за пределами КМОП-переключателей. Труды IEEE , 98 (12), стр. 2169-2184.
- Сасикант Манипатруни , Никонов Д.Е. и Ян А. Янг , 2018. За пределами КМОП-вычислений со спином и поляризацией. Физика природы , 14 (4), стр. 338-343.
- Банерджи, С.К., Регистр, Л.Ф., Тутук, Э., Басу, Д., Ким, С., Редди, Д. и Макдональд, А.Х., 2010. Графен для КМОП-приложений и за его пределами. Труды IEEE , 98 (12), стр. 2032-2046.
- Топалоглу, Р.О. и Вонг, ред. HSP, 2019. Технологии Beyond-CMOS для проектирования компьютеров следующего поколения . Берлин/Гейдельберг, Германия: Springer.
- Сасикант Манипатруни , Никонов, Д.Э., Лин, К.С., Госави, Т.А., Лю, Х., Прасад, Б., Хуанг, Ю.Л., Бонтурим, Э., Рамеш, Р. и Янг, И.А., 2019. Масштабируемая энергоэффективная магнитоэлектрика Спин-орбитальная логика. Природа , 565 (7737), стр. 35-42.