Bilgisayar çipleri için yeni malzeme enerji tüketimini azaltabilir
Bilgi, iletişim ve teknoloji sektörünün dünyadaki toplam elektrik tüketiminin %5 ila %9’unu oluşturduğu tahmin edilmektedir. Büyüme hız kesmeden devam ederse, bilgi işlem 2030 yılına kadar dünyanın elektrik üretiminin %20’sine kadarını talep edebilir. Virginia Üniversitesi yarı iletken endüstrisinin hesaplama ve belleği tek bir çip üzerinde bir arada konumlandırmasına olanak tanıyacak ve enerji tüketimini azaltacak bir sistemi araştırıyorlar.
UVA mühendisi Jon Ihlefeld, “Şu anda, bilgi işlem faaliyetlerini üzerinde biraz bellekle yapan bir bilgisayar çipimiz var” dedi. Bilgisayar çipi daha büyük bellek bankasıyla her konuşmak istediğinde, hat boyunca bir sinyal gönderir ve bu da enerji gerektirir. Mesafe ne kadar uzunsa, o kadar fazla enerji gerektirir. Bugün, mesafe oldukça uzak olabilir – birkaç santimetreye kadar.
Doğrudan temas idealdir ancak entegre devrenin geri kalanıyla uyumlu bellek malzemeleri gerektirir. Hafıza cihazları için uygun bir malzeme sınıfı, talep üzerine bir şarjı tutabilen ve bırakabilen ferroelektriklerdir. Bununla birlikte, çoğu ferroelektrik, silikonla uyumsuzdur ve çok küçük yapıldığında iyi performans göstermez; bu, günümüz ve gelecekteki minyatür cihazlar için bir gerekliliktir.
Ihlefeld’in grubunun üyeleri, günümüzde cep telefonu ve bilgisayar yapımında kullanılan hafniyum oksitle ilgileniyor. Dezavantajı, doğal durumunda hafniyum oksidin ferroelektrik olmamasıdır. Bununla birlikte, son 11 yılda araştırmacılar, hafniyum oksit atomlarının bir ferroelektrik faz üretmek ve tutmak için manipüle edilebileceğini gözlemlediler.
Bir ekip üyesi, Samantha Jaszewski, bir NSF Lisansüstü Araştırma Görevlisi, hafniyum oksidin ferroelektrik fazının kararlılığına neyin katkıda bulunduğunu ve çip tasarımcılarının malzemenin davranışını nasıl kontrol edebileceğini araştırıyor. Araştırması, oksijen atomlarının rolüne özel bir önem vererek, doğal ve ferroelektrik fazında hafniyum oksidin atomik yapısına odaklanmaktadır. Yakın zamanda yayınlanan konuyla ilgili bir makalenin ilk yazarıdır. Malzeme Dergisi.
Jaszewski’nin araştırması geleneksel bilgeliği alt üst ederhafniyum oksidi stabilize eden şeyin – tane adı verilen – kristal boyutunun olduğunu öne sürdü. Jaszewski, eşit tanecik boyutlarına ve farklı oksijen boşluğu konsantrasyonlarına sahip üç numune yaptı. Araştırması, bu örneklerde bulunan fazların değiştiğini ve oksijen boşluk konsantrasyonunun tane boyutundan daha önemli olduğu sonucuna vardığını gösteriyor.
Ihlefeld, ekibin araştırmasının “yarı iletken firmaların sorunların kaynağını ve gelecekteki üretim hatlarında bunların nasıl önlenebileceğini anlamalarına yardımcı olabileceğini” söyledi.