Вчені випадково створили чип, що працює за температур, вищих ніж лава — Image: AI Generated

Це сталося випадково — і може стати одним із найважливіших відкриттів у галузі чипів за десятиліття. У процесі досліджень науковці отримали чип, який стабільно функціонував у режимі температур, які вважаються надвисокими.

Тепло було тією межею, яка не давала нам будувати електронні пристрої, здатні витримувати екстремальні умови. Електронні пристрої не лише починають знижувати продуктивність за високих температур — якщо їх піддати впливу понад 200 градусів, вони повністю перестають працювати. Але це може змінитися: команда Університету Південної Каліфорнії, схоже, зламала теплову стелю.

У дослідженні, опублікованому в Science, вчені розробили новий чип пам’яті, який надійно працював за температури 700 градусів Цельсія. Для порівняння — це гарячіше, ніж розплавлена лава. Пристрій не виявляв жодних ознак відмови. Сімсот градусів — просто ліміт їхнього тестового обладнання. Чи може чип витримати більше — не перевірялося.

“Це можна назвати революцією”, — стверджує Джошуа Ян, провідний дослідник проєкту.

Як їм це вдалося? Чип побудований як маленький бутерброд. Зверху — вольфрам, посередині — тонкий керамічний шар, знизу — графен. Кожен із цих матеріалів сам по собі добре витримує екстремальне тепло, але магія відбувається на шарі графену. У звичайному чипі тепло проштовхує атоми металу крізь керамічний шар, доки обидві сторони не з’єднуються — і виникає коротке замикання. Графен запобігає цьому.

“Це найкраща високотемпературна пам’ять із коли-небудь продемонстрованих”, — каже Ян.

За його словами, графен і вольфрам поводяться як олія та вода. Атоми вольфраму, що дрейфують до нього, просто не можуть зачепитися за поверхню і відступають. Оскільки немає точки опори, чип не замикається. Найкраще? Команда натрапила на це абсолютно випадково.

“Якщо чесно, це сталося випадково — як і більшість відкриттів”, — сказав Ян.

Чому подолання теплової стелі важливе? Теплова стеля не давала створювати машини, здатні витримувати екстремальні температури. Через це ми не могли відправляти зонди на планети з надзвичайно високими температурами або проводити експерименти з глибинним бурінням Землі. Новий чип може дозволити нам здійснювати такі експерименти.

Ще одне застосування цього чипу — штучний інтелект. Понад 90 відсотків обчислень у системах ШІ, таких як ChatGPT, задіюють єдиний тип математичних розрахунків. Цей чип здатен виконувати такі розрахунки в момент проходження через нього електрики, що робить його значно швидшим і енергоефективнішим за все, що ми використовуємо сьогодні. Так, до готового продукту ще роки. Але Ян висловився так:

“Відсутній компонент створено. Коли він вийде у виробництво, це вирішить одну з найбільших проблем, що стримують розвиток чипових технологій”.

Пристрій продемонстрував вражаючу витривалість під час тестування: він зберігав дані понад 50 годин при 700 градусах без необхідності оновлення, витримав понад мільярд циклів перемикання за цієї температури, і при цьому працював лише від 1,5 вольта зі швидкістю перемикання в десятки наносекунд. Для порівняння — сучасні чипи у смартфонах і супутниках починають деградувати вже після кількох годин при 200 градусах.

Щодо масштабування виробництва — ситуація краща, ніж могло б здатися. Два з трьох матеріалів пристрою — вольфрам і оксид гафнію — вже є стандартними у світових напівпровідникових виробництвах. Графен є новішим для галузі, але TSMC і Samsung вже внесли його у свої дорожні карти розвитку, і його вже вирощували на рівні пластин у дослідницьких умовах. Для Яна технічні показники — лише частина картини.

“Дослідження космосу ніколи не було таким реальним, таким близьким і таким масштабним. Це є критичним стрибком у набагато більший, більш захопливий фронтир”, — запевняє він.

Дослідження здійснювалося в рамках центру CONCRETE — Center of Neuromorphic Computing under Extreme Environments — за фінансування Науково-дослідної лабораторії ВПС США.