Небо в алмазах.

lexpartizan — 12.03.2017
Честно говоря, прогресс в ИТ меня расстраивает своим наличием отсутствия. Мой сгоревший в прошлом году феном(точнее материнка) вполне ещё был бодр(вот падла, не мог ещё год продержаться!), не смотря на свой десятилетний юбилей. +5% в год стало уже мемом. АМД напряглась и достала интел, но прорыва в общем не произошло. Необходимые для виртуальной реальности 4К заметно таки тормозят, не смотря на все заявления о 4К-суппорт, а о мощностях для 8К, опять же, необходимых для виртуальной реальности, никто даже не мечтает. Если раньше видюшки за 100 баксов были нифига себе и тянули все современные игры на максималках (правда, быстро устаревали), то теперь 500 баксов за видюху уже "намана". И это при том, что видюхи всё же в развитии не остановились, как процессоры.

Но есть надежда. Читал я об этом способе уже давно, но это была голая теория, сродни сказкам о новых аккумуляторах. Однако, теория полгода назад вдруг стала практикой, а я этот момент почему-то упустил... Нашёл, кстати, случайно)) Писал "фантастику", где использование этой технологии выглядит естественным техпроцессом и загуглил освежить память. И... оказалось, что это уже не фантастика, а прототип. Теперь навёрстываю.

Давайте перечислим основные проблемы на пути к прогрессу.

1. Достижение всё более тонкого техпроцесса даётся всё более тяжёлым путём. Закон Мура не соблюдается. Количество транзисторов не успевает удваиваться в заданный промежуток времени. Начинаются квантовые эффекты. Потолок близко.

2. Потолком для производительности одного ядра стали 5 ГГц. До которых гнался ещё Пентиум 4, если кто настолько стар, чтобы его помнить. Ну, сейчас под азотом берут 6,5 Ггц. Как-то не очень, да? Именно поэтому пришлось удариться в многоядерность. Однако, писать многопоточные приложения гораздо сложнее, так что кратная производительность наблюдается редко. Писать код в один поток куда проще и приятней. Если бы... можно было задрать производительность ядра...

Можно. Для этого требуется перейти на новую основу и отказаться от кремния. Дешёвый песок нынче не актуален. Требуется респектабельный подход. Ведь процессор - это как драгоценный камень в оправе материнской платы... Точно, мы будем делать процессоры из брильянтов! Снимайте, бабы, свои безделушки! И вообще раздевайтесь))

Алмаз прекрасно отводит тепло. В 5 раз лучше, чем медь. В 20 раз лучше, чем кремний. Даже алмазная крошка в термопасте может понизить температуру процессора на 10-20 градусов.
Алмаз - прекрасный изолятор. Для напряжения 10 тысяч вольт его надо в 50 раз меньше, чем кремния. Что позволяет использовать более тонкие техпроцессы.
Алмазный транзистор может работать на частотах свыше 1 ТГц. 1000 ГГц, Карл! Или больше. Называют даже ПетаГцы.
Размер алмазного транзистора составлял 50 нм в 2009 году. В том же году размер кремниевого транзистора корки, над которым работали наиболее высокоплачиваемые умы человечества составлял 45 нм. Разница не большая. То есть плотность транзисторов будет сравнимой. Только вот работать они смогут на частотах в сотни ГГц. И выдерживать напряжения в тысячи вольт. Без кулеров и охлаждения. А не гореть от 2х вольт под водянкой, как современные процы.

Это была теория, а теперь перейдём к практике.
На практике не всё так гладко, как хотелось бы. Но ведь есть за что бороться!

Прежде всего хотелось бы успокоить буржуйских самок. Никто не будет сдирать с них алмазы. Естественные алмазы не годятся для процессоров из-за неоднородной структуры. Да и цены на них космические. Так что в бой пойдут искусственные алмазы, создаваемые из осаждения пердежа коров, то бишь метана. Что не так уж дорого по себестоимости и вообще в перспективе дешевле кремния.

На практике алмаз вообще не был проводником. Это, повторюсь, наипрекраснейший из диэлектриков. Однако, внедрение бора в кристаллическую решётку алмаза позволило создать проводимость p-типа. В 2003 удалось инвертировать естественную проводимость бора и создать проводимость n-типа. Ну а в 2009, как я уже говорил, создали уже самый маленький алмазный транзистор в 50 нм. Также удалось создать и другие необходимые элементы на основе алмаза.
Компания Akhan Semiconductor подписала ряд лицензионных соглашений, в результате чего в ее арсенале имеются эксклюзивные методы создания синтетических алмазов, которые могут использоваться для производства транзисторов, конденсаторов и резисторов - основных комплектующих современных компьютеров.

Проблемой себестоимости для алмазного процессора является общий размер так называемой вафли или пластины (подробнее о вафлях тут). Чем она больше, тем лучше (на ней в едином техпроцессе можно создать больше процессоров) и сейчас устаревшими являются уже пластины 300 мм диаметром. Современные методы получения искусственных алмазов не позволяют создавать заготовки таких размеров. Классический процесс chemical vapour deposition (CVD) предполагает выделение углерода из углеводородных паров, например, метана, и конденсацию его на специальной подложке. Таким образом можно получить пластину площадью всего 1 кв. см. Склеить большую подложку из десятка таких пластин не получается, так как они имеют разную кристаллическую структуру. В 2010 Diamond Wafer Team из японского института передовых прикладных наук и технологии разработала технологию, при которой из одного кристалла-затравки удаётся получить сразу несколько совершенно идентичных по свойствам алмазных пластинок — клонов. Последние соединяются в единый кристалл при помощи всё того же CVD.

Akhan Semiconductor утверждает, что пошла другим путём и усовершенствовала CVD-процесс. Теперь он называется "MPCVD". Суть технического процесса достаточно проста: микроволны нагревают реактор, заполненный водородом, аргоном и вышеупомянутым метаном. По окончании цикла метан достигает состояния плазмы и по консистенции и внешнему виду становится похож на супер горячий газ. В результате появляются тонкие листы алмазного материала, толщина которых составляет около 1/70 диаметра человеческого волоса. Появляется вафля.
На которой уже с помощью легирования примесями (например, вышеупомянутым бором) создаются транзисторы, резисторы и конденсаторы. Кроме того, компании удалось решить проблему установления прочной связи алмазов с поверхностью проводящих металлов(патент получен в 2012 году).

Ну а в 2016 году Akhan Semiconductor разработала процессор, который работает на частоте 100 ГГц. Для изготовления системы «алмаз на кремнии» использовались пластины диаметром 300 мм (~12 дюймов; именно такие используются для 32-нм техпроцесса с технологией HKMG, High-K/Metal Gate) с применением 100-нм техпроцесса. Как пишет издание NextBIGFuture, пока что Akhan выпускает чипы по модели fab-lite, то есть ограниченное количество микросхем, предназначенных для нужд самой компании. Передача технологий для контрактных производителей чипов типа Samsung или TSMC состоится тогда, когда процессы производства будут отточены. У Akhan уже имеется несколько клиентов, потребляющих её алмазные микросхемы. Они используются при управлении ёмкостными переключающимися матрицами для динамического выбора частот в смартфонах класса hi-end.

Жаль, что этих процессоров ещё не видно на рынке. И, я что-то не нашёл оригинала статьи о выпуске такого процессора. Или видеопрезентации. Так что пока


Интересно, что РФ заявляет, что тоже ведёт такие разработки.

Ну а будущее таких процессоров в замене электронов на фотоны. И, чем чёрт не шутит, возможно даже квантовый процессор (ведь фотоны - это кванты света) удастся построить. Верим, надеемся и ждём.

Возможно, алмазы позволят обойти и ограничения на размер кристалла и мы сможем интегрировать всю систему(включая накопитель) на один алмазный дешёвый чип.

ЗЫ. Кроме того, ходят слухи о алмазных накопителях.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив