CheckMag | Графеновые полупроводники становятся все ближе к реальности

На протяжении десятилетий кремний доминировал в полупроводниковой промышленности, обеспечивая энергией все - от ПК до смартфонов. Однако кремний исчерпал свои возможности - как в плане производительности, так и в плане масштабируемости. Появился графен - материал, который называют чудо-ребенком материаловедения. Обладая беспрецедентной проводимостью и подвижностью электронов, графен открывает манящую возможность создания процессоров, работающих на терагерцовых скоростях - намного выше гигагерцовых кремниевых чипов, которые мы используем сегодня.

Что же такого особенного в графене?

Графен представляет собой один слой атомов углерода, расположенных в виде гексагонального узора, что придает ему невероятную прочность и электрические свойства. В отличие от кремния, он позволяет электронам проходить с гораздо меньшим сопротивлением, что приводит к более быстрой и эффективной обработке данных. Но есть одна загвоздка: у графена нет полосовой щели - критического свойства, которое позволяет полупроводникам переключаться между включенным и выключенным состояниями. Без этого графен не мог функционировать как традиционный транзистор - до сих пор.

Прорыв

Исследователи наконец-то разгадали код. Приклеив графен к карбиду кремния и "допировав" его атомами, донирующими электроны, они создали функциональный полупроводник на основе графена. Этот процесс, известный как эпитаксиальное изготовление графена, позволяет создать полосовую щель, не жертвуя уникальными свойствами графена.

Результат? Транзисторы, которые не только в десять раз быстрее своих кремниевых аналогов, но и в значительной степени совместимы с существующими производственными процессами. Это означает плавный переход от чипов на основе кремния к чипам на основе графена - ключевой фактор для того, чтобы сделать эту технологию коммерчески жизнеспособной.

Почему это важно для вычислений

Потенциал графена не ограничивается только скоростью работы носителей заряда. Вот как он может встряхнуть индустрию:

• CPU и GPU: Более быстрые транзисторы означают более мощные процессоры для ноутбуков и игровых ПК, открывая возможности для симуляций в реальном времени, высококлассного рендеринга графики и продвинутой обработки ИИ - все это будет работать плавнее и быстрее, чем сейчас.
• Квантовые вычисления: Волнообразные свойства электронов графена делают его сильным претендентом на применение в квантовых вычислениях. Эти квантовые эффекты могут помочь справиться с вычислениями, с которыми сталкиваются современные системы, при этом поддерживая более низкие и управляемые температуры.
• Центры обработки данных и искусственный интеллект: Терагерцовые скорости позволят значительно сократить задержки и повысить пропускную способность рабочих нагрузок искусственного интеллекта, а также обработки данных в крупномасштабных средах.

Лебединая песня кремния?

Даже лидеры отрасли признают, что кремний близок к концу своего царствования. Генеральный директор Nvidia Дженсен Хуанг знаменито заявил: "Закон Мура умер" Для тех, кто не знаком с Законом Мура, он предсказал удвоение количества транзисторов на чипе каждые два года, что привело к экспоненциальному росту вычислительной мощности. Однако по мере дальнейшего уменьшения размеров транзисторов такие проблемы, как выделение тепла и скорость переключения, значительно замедлили прогресс.

Благодаря своей превосходной производительности и потенциальной масштабируемости графен может стать ключом к решению этих проблем. И, таким образом, он может продлить или даже заменить траекторию, которую когда-то обещал закон Мура.

Дорога вперед

Как и в случае с любой новой технологией, прежде чем графен сможет полностью взять бразды правления в свои руки, необходимо устранить некоторые недостатки. Масштабирование производства и внедрение графеновых полупроводников в потребительскую электронику потребует значительных инвестиций, а также сосредоточения усилий на развитии инноваций в этой области. Кроме того, существует вопрос о том, сможет ли графен превзойти другие новые сверхпроводящие технологии в квантовых вычислениях, где конкуренция очень высока.

Тем не менее, все признаки многообещающие. Благодаря совместимости с существующими технологиями производства и продолжающимся исследованиям в области квантовых приложений, графеновые полупроводники - это не просто несбыточная мечта, это взгляд в будущее вычислений.

Заключение

Полупроводники на основе графена, возможно, не решат все проблемы кремния в одночасье, но они представляют собой важный шаг вперед. Будь то подзарядка Вашего следующего ноутбука или раскрытие всего потенциала квантовых вычислений, этот прорыв способен переосмыслить все возможное в технике.

Будущее стремительно приближается, и оно вполне может быть обеспечено энергией графена.