Dolar 13,5906
Euro 15,3931
Altın 791,56
BİST 1.979,83
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 4 °C
Hafif Yağmurlu

Devrim Yaratan Yeni Akıllı Transistör Geliştirildi

21.12.2021
86

Devrim niteliğindeki yeni elektronik bileşenler, çok farklı görevleri yerine getirmek üzere uyarlanabilir ve yapay zeka için mükemmel bir şekilde uygun bir teknoloji.

Devrim Yaratan Yeni Akıllı Transistör Geliştirildi

Normalde bilgisayar çipleri, her zaman aynı şeyi yapan elektronik bileşenlerden oluşur. Ancak gelecekte, daha fazla esneklik mümkün olacaktır: Yeni tip uyarlamalı transistörler, farklı mantıksal görevleri gerçekleştirmek için çalışma zamanı sırasında dinamik olarak değiştirilebilir. Bu, çip tasarımının olanaklarını temelden değiştirir ve yapay zeka, sinir ağları ve hatta 0 ve 1’den daha fazla değerle çalışan mantık alanında tamamen yeni fırsatlar açar.

Bunu başarmak için TU Wien’deki (Viyana) bilim adamları olağan silikon teknolojisine değil, germanyuma güvendiler. Bu bir başarıydı: Dünyanın en esnek transistörü şimdi germanyum kullanılarak üretildi. Germanyumun özel özellikleri ve özel program kapısı elektrotlarının kullanımı, yeni bir çip teknolojisi çağını başlatabilecek yeni bir bileşen için bir prototip oluşturmayı mümkün kıldı.

Ek bir kontrol elektrodu her şeyi değiştirir

Transistör, her modern elektronik cihazın temelidir: bir kontrol elektroduna elektrik voltajı uygulanıp uygulanmadığına bağlı olarak, akımın akmasına izin veren veya akımın akışını engelleyen küçük bir bileşendir. Bu, basit mantık devrelerinin yanı sıra bellek depolamayı da mümkün kılar.

Transistörde elektrik yükünün nasıl taşındığı, kullanılan malzemeye bağlıdır: Ya negatif yük taşıyan serbest hareket eden elektronlar vardır ya da bu nokta pozitif olarak yüklenecek şekilde tek tek atomlardan bir elektron eksik olabilir. Bu daha sonra “delikler” olarak adlandırılır ve bunlar malzeme içinde de hareket ettirilebilir.

Normal kontrol kapısına (kırmızı) ek olarak bir program kapısı da (mavi) vardır. Kredi bilgileri: TU Wien

TU Wien’deki Katı Hal Elektroniği Enstitüsü’nde Prof. Walter Weber’in ekibinde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Masiar Sistani, TU Wien’deki yeni transistörde hem elektronlar hem de delikler aynı anda çok özel bir şekilde manipüle ediliyor: “İki elektrotu, son derece temiz, yüksek kaliteli arayüzler aracılığıyla germanyumdan yapılmış son derece ince bir tel ile birbirine bağlıyoruz. Germanyum segmentinin üzerine, geleneksel transistörlerde bulunanlar gibi bir kapı elektrotu yerleştiriyoruz. Belirleyici olan, transistörümüzün, germanyum ve metal arasındaki arayüzlere yerleştirilen başka bir kontrol elektroduna sahip olmasıdır. Transistörün işlevini dinamik olarak programlayabilir,” diye açıklıyor.

Bu cihaz mimarisi, elektronları ve delikleri ayrı ayrı kontrol etmeyi mümkün kılar. Masiar Sistani, “Germenyum kullanmamız belirleyici bir avantaj” diyor. “Bunun nedeni, germanyumun çok özel bir elektronik yapıya sahip olmasıdır: voltaj uyguladığınızda, beklediğiniz gibi akım akışı başlangıçta artar. Ancak belirli bir eşikten sonra akım akışı tekrar azalır – buna negatif diferansiyel direnç denir. Kontrol elektrodu yardımıyla bu eşiğin hangi voltajda olduğunu modüle edebiliriz. Bu, transistöre tam olarak şu anda ihtiyacımız olan özellikleri vermek için kullanabileceğimiz yeni serbestlik dereceleriyle sonuçlanır.”

Bu şekilde, örneğin, bir NAND kapısı bir NOR kapısına dönüştürülebilir. “Şimdiye kadar elektroniğin zekası, her biri oldukça ilkel bir işlevselliğe sahip olan birkaç transistörün ara bağlantılarından geliyordu. Gelecekte, bu zeka yeni transistörün kendisinin uyarlanabilirliğine aktarılabilir” diyor Prof. Walter Weber. “Daha önce 160 transistör gerektiren aritmetik işlemler, bu artan uyarlanabilirlik sayesinde 24 transistör ile mümkündür. Bu sayede devrelerin hızı ve enerji verimliliği de önemli ölçüde artırılabilir.”

Prof. Weber’in araştırma grubu TU Wien’de sadece iki yıldır çalışmaktadır. Prof. Walter Weber, yeni, yeniden yapılandırılabilir elektronik üzerine yaptığı çalışmalarla uluslararası bir isim yaptı. Dr. Masiar Sistani, germanyum elektroniği alanında uzmandır ve elektronik taşıma olaylarını araştırma konusunda uzmanlaşmıştır. Bu iki uzmanlık alanı, uyarlanabilir germanyum transistörünü mümkün kılmak için mükemmel bir eşleşmedir. “Bazı ayrıntıların hala optimize edilmesi gerekiyor, ancak ilk programlanabilir germanyum transistörümüzle temel fikrin gerçekten işe yaradığını kanıtladık. Bu bizim için belirleyici bir gelişme” diyor Masiar Sistani.

Walter Weber, Masiar Sistani ve Raphael Böckle (soldan sağa). Kredi bilgileri: TU Wien

Yapay zeka

Bu yeni olasılıklar, yapay zeka alanındaki uygulamalar için özellikle ilgi çekicidir: “İnsan zekamız, sinir hücreleri arasındaki dinamik olarak değişen devrelere dayanmaktadır. Yeni uyarlanabilir transistörlerle artık devreleri doğrudan çip üzerinde hedefe yönelik bir şekilde değiştirmek mümkün” diyor Walter Weber. Çok değerli mantık bu şekilde de uygulanabilir – yani sadece 0 ve 1 ile değil, aynı zamanda daha fazla sayıda olası durumla çalışan devreler.

Bu yeni teknolojinin hızlı bir endüstriyel uygulaması gerçekçidir: kullanılan malzemeler bugün yarı iletken endüstrisinde zaten kullanılmaktadır ve tamamen yeni üretim süreçleri gerekli değildir. Bazı açılardan, teknoloji eskisinden bile daha basit olurdu: bugün yarı iletken malzemeler katkılıdır, yani bireysel yabancı atomlarla zenginleştirilmiştir. Germanyum tabanlı transistörde bu gerekli değildir; saf germanyum kullanılabilir.

Masiar Sistani, “Yerleşik silikon bazlı transistör teknolojisini yeni transistörümüzle tamamen değiştirmek istemiyoruz, bu küstahça olur” diyor. “Yeni teknolojinin gelecekte bir eklenti olarak bilgisayar çiplerine dahil edilmesi daha olası. Bazı uygulamalar için, uyarlanabilir transistörlere güvenmek sadece enerji açısından daha verimli ve kullanışlı olacaktır.”

Referans: Masiar Sistani, Raphael Böckle, David Falkensteiner, Minh Anh Luong, Martien I. den Hertog, Alois Lugstein ve Walter M. Weber, 27 Ekim 2021, ACS Nano.
DOI: 10.1021/acsnano.1c06801

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.