Ученые из Китая создали новую технологию производства чипов

Разработали самый большой в мире интегрированный двумерный полупроводниковый микропроцессор китайские исследователи из Шанхая, заменив традиционные кремниевые чипы на дисульфид молибдена (MoS₂), сообщает 3 апреля издание China Daily.

Микропроцессор, получивший название WUJI, содержит рекордное количество транзисторов — 5900, что значительно превосходит предыдущий мировой рекорд в 115 транзисторов. По словам ученых, чем больше транзисторов содержит чип, тем выше его возможности по обработке данных.

Исследования проводились под руководством Чжоу Пэна и Бао Вэньчжуна из Государственной ключевой лаборатории интегральных микросхем и систем Фуданьского университета, а результаты были опубликованы в журнале Nature.

Двумерные полупроводники с толщиной в атомном масштабе рассматриваются во всем мире как ключевое решение для поддержания прогресса в микропроцессорной технологии.

После более чем десятилетних усилий исследователей по всему миру ученые освоили выращивание двумерных материалов на уровне пластин и успешно производят высокопроизводительные компоненты с элементами длиной всего в несколько сотен атомов и толщиной в несколько атомных слоев. Однако созданию полноценных интегральных схем с такой точностью на атомном уровне долгое время мешали проблемы с обеспечением точности и однородности в масштабе. До сих пор максимальный уровень интеграции ограничивался сотнями транзисторов, не переходя технический порог функциональных процессоров.

После пяти лет исследований и разработок команда Фуданьского университета создала WUJI на основе 32-битной архитектуры RISC-V и MoS₂. Используя инновационные методы обработки и набор инструкций RISC-V с открытым исходным кодом, WUJI установил мировой рекорд по проверке двухмерных логических функций, объединив 5900 транзисторов. Исследователи завершили всю цепочку независимых исследований и разработок, от материалов до архитектуры и дизайна чипа.

«Управляемый 32-битными входными инструкциями, WUJI может выполнять операции сложения и вычитания над числами до 4,2 миллиарда, поддерживать хранение и доступ к данным на гигабайтном уровне и выполнять до миллиарда команд упрощенного набора инструкций», — сказал Чжоу.

Фуданьская команда провела более десяти лет в исследованиях двумерных полупроводниковых интегральных схем. По словам исследователей, их технология оптимизации на основе искусственного интеллекта, сочетающая в себе прецизионный контроль на атомном уровне и полнопроцессную оптимизацию алгоритмов искусственного интеллекта, позволяет осуществлять точный контроль от роста материала до интегральной обработки.

Сложный технологический процесс WUJI затрудняет ручную настройку параметров, но благодаря интеграции машинного обучения исследовательская группа быстро оптимизировала ключевые параметры и повысила выход транзисторов, сказал Чжоу.

Около 70% процессов, используемых в 2D-полупроводниковой интеграции WUJI, могут напрямую использовать зрелые технологии из существующих производственных линий на основе кремния, а основные 2D-процессы защищены более чем 20 патентами на изобретение процессов.

Исследователи также разработали специализированную техническую систему, прокладывающую путь к будущей индустриализации.

В ходе исследования выход преобразователей — процент правильно функционирующих чипов — достиг 99,77%, а оптимизация интегрального процесса и проверка крупномасштабных схем достигли высочайших международных стандартов.

«Мы достигли энергопотребления нанометрового уровня, используя техпроцессы микрометрового уровня. Процессор с низким энергопотреблением поможет расширить применение искусственного интеллекта», — говорит Чжоу.

По его словам, искусственный интеллект требует значительных мощностей для рассуждений и обучения, а энергопотребление является основным ограничением для расширения вычислительных мощностей.

«Используя новые вычислительные архитектуры, которые позволяют работать с низким энергопотреблением, мы можем потенциально увеличить возможности ИИ», — сказал Чжоу.