Pentru a îmbunătăți performanța semiconductoarelor, tranzistoarele trebuie miniaturizate în vederea unei integrări mai ridicate, ceea ce necesită și subțierea cablajului metalic fin care este folosit ca sistem de comunicare în interiorul cip-urilor. Un dintre provocări în calea unei comunicări eficiente este rezistența electrică. Rezistența crescută încetinește transmisia semnalului și crește consumul de energie și căldura, limitând performanța semiconductoarelor avansate.
Samsung Electronics a devenit prima companie din lume care a demonstrat o tehnologie capabilă să rezolve problema creșterii rezistenței cablajului pe măsură ce circuitele semiconductoare se micșorează, un progres fundamental pentru îmbunătățirea performanței și a eficienței energetice a cipurilor de inteligență artificială și de calcul de înaltă performanță, potrivit The Herald Business.
Samsung Advanced Institute of Technology, departamentul central de cercetare al companiei, cunoscut sub numele de SAIT, a anunțat că a dezvoltat o tehnică care utilizează urme de carbon pentru a controla dimensiunea și orientarea granulelor de ruteniu, un material de cablare de nouă generație, reducând dramatic rezistența în interconexiunile metalice ultra fine.
Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Science pe 13 august. Articolul menționează un total de 13 cercetători, dintre care 11 sunt afiliați la SAIT-ul Samsung, alături de colaboratori suplimentari de la Institutul de Știință și Tehnologie din Gwangju și de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.
Pe măsură ce concurența privind performanța cipurilor de IA s-a intensificat, capacitatea de a compacta circuitele din ce în ce mai mult a devenit tot mai critică. Provocarea constă în faptul că, pe măsură ce cipurile se micșorează, firele metalice care conectează tranzistoarele se îngustează și ele, îngreunând circulația curentului electric.
O rezistență mai mare a cablajului încetinește transmisia semnalului în interiorul unui cip și crește consumul de energie și generarea de căldură. Chiar și atunci când performanța tranzistorilor se îmbunătățește, întârzierile semnalului în interconexiuni pot limita performanța generală a cipului.
Echipa SAIT a abordat această problemă introducând o cantitate infimă de carbon în ruteniu, care a atras atenția ca material de cablare de nouă generație. Carbonul determină cristalele mici care alcătuiesc ruteniul să se alinieze uniform într-o singură direcție.
Folosind această abordare, cercetătorii au produs un film subțire în care peste 99% dintre cristalele de ruteniu sunt orientate în aceeași direcție. Alinierea reduce obstacolele pe care le întâmpină electronii în timpul deplasării, permițând curentului să circule mai lin.
Un aspect esențial este faptul că echipa a obținut un nivel ridicat de aliniere a cristalelor chiar și pe pelicule izolante amorfe, de tipul celor utilizate în producția reală de semiconductori. Atunci când tehnologia a fost aplicată la interconectări la scară nanometrică, rezistența liniară a scăzut cu aproximativ 45% în comparație cu interconectările convenționale din ruteniu realizate fără promotorul de carbon.
Se preconizează că această tehnologie va contribui la îmbunătățirea performanței acceleratoarelor de IA și a cipurilor HPC. Pe măsură ce volumul de calcule pe care cipurile de IA trebuie să îl gestioneze crește, tehnicile care sporesc performanța reducând în același timp consumul de energie devin din ce în ce mai importante.
Samsung Electronics a declarat că tehnologia „prezintă o nouă abordare care poate atenua în mod fundamental problema creșterii rezistenței în cablajul ultrafin”, adăugând că, dacă va fi comercializată, „se preconizează că va contribui la o transmisie mai rapidă a semnalului electric și la reducerea pierderilor de energie în interiorul semiconductoarelor logice avansate pentru aplicații de IA și HPC, îmbunătățind atât performanța cipului, cât și eficiența energetică”.