Σύνοψη
Η θερμότητα αποτελεί τον μεγαλύτερο εχθρό των ηλεκτρονικών συστημάτων. Τα παραδοσιακά chips πυριτίου που βρίσκονται στα smartphones, στους servers τεχνητής νοημοσύνης και στις μονάδες ελέγχου οχημάτων αρχίζουν να παρουσιάζουν δυσλειτουργίες όταν η θερμοκρασία ξεπερνά τους 125°C, ενώ η ολική καταστροφή επέρχεται λίγο πάνω από τους 200°C. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια (USC) δημοσίευσαν στο επιστημονικό περιοδικό Science μια έρευνα που επιλύει αυτό το κατασκευαστικό όριο. Η ομάδα, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Joshua Yang, κατασκεύασε ένα memristor (αντιστάτης μνήμης) το οποίο λειτουργεί άψογα στους 700°C, θερμοκρασία υψηλότερη από αυτή της λιωμένης λάβας.
Η συγκεκριμένη θερμοκρασιακή αντοχή δεν αντιπροσωπεύει το θεωρητικό όριο της συσκευής, αλλά το όριο του εξοπλισμού δοκιμών του εργαστηρίου. Η αρχιτεκτονική του chip, η επιλογή των υλικών και η αποτροπή της ατομικής μετακίνησης επιλύουν ένα δομικό πρόβλημα δεκαετιών, παρέχοντας νέα τεχνικά θεμέλια για βιομηχανικές, διαστημικές και υπολογιστικές εφαρμογές αιχμής.
Το νέο chip μνήμης του USC είναι ένα memristor κατασκευασμένο από μια τριστρωματική δομή: βολφράμιο (ως άνω ηλεκτρόδιο), οξείδιο του αφνίου (ως κεραμικό διηλεκτρικό) και γραφένιο (ως κάτω στρώμα). Το γραφένιο λειτουργεί ως αδιαπέραστο φράγμα που εμποδίζει τα άτομα βολφραμίου να διαπεράσουν το κεραμικό στρώμα λόγω θερμότητας, αποτρέποντας έτσι το βραχυκύκλωμα της συσκευής και επιτρέποντας τη σταθερή λειτουργία στους 700°C με τάση μόλις 1.5V.
Βασικά τεχνικά δεδομένα αντοχής
Για να γίνει κατανοητό το μέγεθος του τεχνολογικού άλματος, απαιτείται η ανάλυση της συμπεριφοράς των συμβατικών μικροεπεξεργαστών υπό ακραίες θερμικές πιέσεις. Όταν ένα τυπικό chip εκτεθεί σε υψηλές θερμοκρασίες, η αυξημένη κινητική ενέργεια αναγκάζει τα άτομα των μεταλλικών ηλεκτροδίων να αποκολληθούν. Αυτά τα άτομα μεταναστεύουν αργά μέσα από τα μονωτικά υλικά της συσκευής. Σύντομα, σχηματίζουν μια μόνιμη αγώγιμη γέφυρα μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων. Το αποτέλεσμα είναι ένα καταστροφικό βραχυκύκλωμα που κλειδώνει τη συσκευή στην ενεργή (ON) κατάσταση, καθιστώντας την άχρηστη.
Οι ερευνητές του USC διαπίστωσαν πως η ενσωμάτωση του γραφενίου διακόπτει αυτή τη διαδικασία. Το γραφένιο, ένα υλικό που αποτελείται από ένα μονοατομικό επίπεδο ατόμων άνθρακα, διαθέτει εξαιρετικά ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Όταν τα άτομα βολφραμίου κατευθύνονται προς το κάτω ηλεκτρόδιο εξαιτίας της θερμότητας, συγκρούονται με το στρώμα γραφενίου. Εκεί, αδυνατούν να προσδεθούν χημικά ή να το διαπεράσουν. Ελλείψει σταθερού σημείου επαφής, τα άτομα διασκορπίζονται, η αγώγιμη γέφυρα δεν ολοκληρώνεται ποτέ, και το βραχυκύκλωμα αποτρέπεται οριστικά.
Η επιλογή του βολφραμίου ως ανώτερου ηλεκτροδίου δεν έγινε τυχαία. Το βολφράμιο κατέχει το υψηλότερο σημείο τήξης από όλα τα γνωστά χημικά στοιχεία, φτάνοντας τους 3.422°C. Το μονωτικό υλικό στο κέντρο, το οξείδιο του αφνίου, χρησιμοποιείται ήδη ευρέως στην κατασκευή σύγχρονων ημιαγωγών, γεγονός που καθιστά τη διαδικασία παραγωγής της νέας συσκευής συμβατή με τις υπάρχουσες βιομηχανικές υποδομές. Ο συνδυασμός αυτών των ανθεκτικών υλικών με τις αποτρεπτικές ιδιότητες του γραφενίου δημιουργεί ένα σύστημα με πρωτοφανή θερμική σταθερότητα.
Η αντοχή του συγκεκριμένου memristor ξεπερνά κατά πολύ τις απαιτήσεις των καταναλωτικών ηλεκτρονικών. Η δημιουργία του απαντά σε συγκεκριμένα τεχνικά αιτήματα βιομηχανιών αιχμής που απαιτούν λειτουργικότητα σε εχθρικά περιβάλλοντα.
Ένα από τα πιο κρίσιμα χαρακτηριστικά του νέου chip είναι η φύση του ως memristor. Αντίθετα με τη συμβατική μνήμη (RAM) ή τους επεξεργαστές (CPU) που διαχωρίζουν την αποθήκευση από την επεξεργασία, τα memristors μπορούν να κάνουν και τα δύο ταυτόχρονα στο ίδιο φυσικό σημείο. Αυτή η αρχιτεκτονική μιμείται τον τρόπο λειτουργίας των συνάψεων του ανθρώπινου εγκεφάλου και ονομάζεται νευρομορφικός υπολογισμός.
Ο καθηγητής Joshua Yang, επικεφαλής της έρευνας, έχει ήδη συνιδρύσει τη νεοφυή εταιρεία TetraMem, η οποία επικεντρώνεται στην εμπορική εκμετάλλευση αυτών των αρχιτεκτονικών για εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης. Οι servers που τρέχουν μεγάλα γλωσσικά μοντέλα (LLMs) απαιτούν τεράστια ποσά ενέργειας, το μεγαλύτερο μέρος της οποίας μετατρέπεται σε θερμότητα. Chips που δεν υποβαθμίζονται από τις υψηλές θερμοκρασίες επιτρέπουν την αύξηση της πυκνότητας των διακομιστών στα data centers, μηδενίζοντας παράλληλα τα λειτουργικά κόστη που αφορούν τα πολύπλοκα συστήματα υδρόψυξης.
Σύνοψη Αύξηση της τάξεως των 150 έως 200 ευρώ σε όλες τις εκδόσεις των Xbox…
Η εξέλιξη έχει προκαλέσει συζήτηση επειδή ανοίγει ένα νέο κεφάλαιο στη σχέση μεταξύ ανθρώπινης δημιουργικότητας…
Υποδεχόμαστε με μεγάλο ενδιαφέρον το πρώτο επίσημο trailer της ταινίας Wicker, ενός ιδιαίτερου κωμικού παραμυθιού…
Σύνοψη Το ρόβερ Curiosity της NASA κατέγραψε πανοραμικές εικόνες που αποκαλύπτουν μια εξαιρετικά εκτεταμένη περιοχή…
Σύνοψη Επιστήμονες από το ινστιτούτο Wellcome Trust Sanger ανακάλυψαν ότι η πορεία εξέλιξης των χρόνιων…
Σύνοψη Επεκτείνεται παγκοσμίως (εκτός της Κίνας) η διαθεσιμότητα του νέου DJI Osmo Pocket 4P, με…
Αυτό το site χρησιμοποιεί cookies, για την παροχή των υπηρεσιών της, να προσαρμόσετε τις διαφημίσεις και να αναλύσει την επισκεψιμότητα. Με τη χρήση αυτής της ιστοσελίδας, συμφωνείτε με τη πολιτική χρήση των cookies.
Leave a Comment