З Spintronics, Intel бачить ефективність, масштабування масштабу далеко за межами CMOS

Звичайне масштабування CMOS вступило в стан терміналу зниження. Це найнижчий показник, коли ви розбиваєте маркетингові продукти від компаній і подивіться на очікувані поліпшення, запропоновані в майбутніх вузлах. 7-нм все ще буде пропонувати значне покращення у порівнянні з 16/14-нм, і передбачається, що 5-нм забезпечує меншу (проте все-таки помітну) прибуток, і раніше, всі ставки вимкнено. Існують сумніви в тому, що вузли нижче 5 нм можуть бути не комерційно стійкими, тому що прибутки зменшуються, оскільки зростають витрати, і тому, що кількість клієнтів, які бажають сплачувати страхові внески, зростає меншими за кожний цикл, що вимагає, щоб більші витрати покривались меншою кількістю фірм .

Ми бачили будь-яку кількість пропозицій, які могли б принести короткострокові переваги, такі як прийняття каналів мікрофлюідного охолодження або чудові матеріали теплопередачі в межах самого ЦП, але немає можливостей для виграшу, яка могла б запалити покращення масштабування, навіть наближаючись до Good Старі дні закону Мура та масштабування Деннарда.

Сьогодні дослідники Intel опублікували в природі газету, яка може вказувати шлях на шляху до вирішення цієї, здавалося б, важкої ситуації. З одного боку, це справді цікаві новини. У документі зазначено:

Тут ми пропонуємо масштабоване spintronic логічне пристрій, яке працює за допомогою спін-орбітальної трансдукції (зчеплення кутового моменту електрона з його лінійним імпульсом) у поєднанні з магнітоелектричним перемиканням. Цей пристрій використовує сучасні квантові матеріали, особливо корельовані оксиди та топологічні стани речовини, для колективного перемикання та виявлення ... [I] n порівняння з технологією CMOS, наш пристрій має чудову енергію перемикання (у факторі від 10 до 30), низьку напругу перемикання в 5 разів) і посиленою щільністю логіки (у 5 разів). Крім того, його нестабільність забезпечує надлишкову енергію живлення, що є критичним для сучасних обчислень.

Це може - і я підкреслюю міг - стати одним із перших кроків до відновлення щось нагадує "класичний" напівпровідниковий масштабування. Однією з причин, чому ми не бачили, як виробники рухаються у напрямку прийняття певних процесів та потенційних поліпшень, є те, що прибутки вимагають суттєвих інвестицій або виробничих змін, що є, по суті, одноразовими поліпшеннями. Які напівпровідникові фірми хочуть - це дорожня карта, яка обіцяє досягти поліпшень як у короткостроковій, так і в довгостроковій перспективі. Оцінивши більше 25 пропозицій за межами CMOS-обчислень, Intel вважає, що MESO - це ім'я цієї нової архітектури, коротке для магнітоелектричної обертової орбіти, - має найбільш довгострокові обіцянки для покращення масштабування напруги, масштабування міжмережевих зв'язків, покращення енергоефективності та масштабування за кілька поколінь.

Пристрій побудований з магнітоелектричного комутаційного конденсатора, феромагнетика та модуля конвертації зі спіненням до заряду. Spintronics (портмант "спина транспортної електроніки") зосереджується на використанні спина електрона та його магнітного моменту як засобу виконання обчислювальної активності. Прилади Spintronic мають набагато нижчі споживання електроенергії, ніж традиційні машини, і можуть зберігати дані в пам'яті, не витрачаючи енергії на це. Як повідомляється, компанія Intel знизила напругу, необхідну для багатоферроїчного матеріалу від 3В до 500 мВ, і вважатимуть, що вони зможуть зменшити його, донизу до 100 мВт. Це значно нижче того, що використовується сьогодні.

MESO Intel має ще одну перевагу перед CMOS - це може суттєво зменшити споживання електроенергії, необхідного для з'єднань. Ми розмовляли з Сасикантом Маніпатруні, директором з інтеграції та виробництва функціональної електроніки в Intel та провідного автора статті. За його словами, потужність з'єднувальних мереж становить близько 50 відсотків загального споживання енергії процесора в залежності від того, що робить чіп. Труднощі масштабування швидкості взаємодії та загальної продуктивності є критичною складовою так званої "стінки пам'яті", або розривом між процесора та робочим столом. Процесуючий вузол зменшується, але давно перестає бути корисним для мідних дротів всередині мікропроцесорів, що є частиною того, чому майбутні процесори AMD 7nm Epyc вирішили викинути всі свої контролери вводу / виводу та DRAM у виділену 14-нм матрицю і використовувати 7-нм для процесорних ядер самі

Але MESO не спирається на опір і ємність крихітних проводів - а це означає, що він не обмежений тими ж чинниками чи проблемами. Його вимоги до опору на 20-100x менш жорсткі, ніж звичайні з'єднання, тоді як вимоги до його ємності на 100x менш жорсткі. За словами Маніпатруні, МЕСО може скоротити сполучення потужностей на порядок порівняно із звичайними підходами.

Наразі неясно, скільки додаткової сировини буде досягнуто шляхом прийняття цих обчислювальних методів. Власна робота Intel свідчить про еквівалентну продуктивність між пристроєм MESO на рівні 0,1 В і малопотужним КМОП-пристроєм з вихідною напругою 0,3 В, але з самого початку вони є наднизькими енергоспоживаннями. Знову ж таки, економія енергії в одній зоні конструкції пристрою часто дає розробникам можливість використовувати його в іншому місці. Технічно MESO і звичайні схеми КМОП можуть бути використані в одному чіпі, що дозволяє вибірково вдосконалювати деякі області роботи без необхідності побудови цілого дизайну таким чином.

Неминучі застереження

Я хотів би обережно припускати, що будь-яка ця робота з'явиться в продуктах найближчим часом. Історично склалося, що 12-15 років від дати прориву до того моменту, коли цей прорив, як правило, з'являється в транспортних продуктах, як показано на графіку нижче:

Перехід до MESO з CMOS буде більшим кроком, ніж будь-який з них, але це є потенційним шляхом, що перевищує прийняття архітектур, специфічних для домену (обидва приклади останнього є спеціалізованими чіпами AI та GPU).

"MESO - це пристрій, побудований з квантовими матеріалами з кімнатною температурою", - сказав Маніпатруні. "Це приклад того, що є можливим, і, сподіваюсь, запускає інновації в галузі, академічних та національних лабораторіях. Кілька критичних матеріалів і технологій ще розробляються, щоб забезпечити новий тип обчислювальних пристроїв та архітектур ".

Intel також працює над цим проектом протягом восьми років. Але існує величезна кількість відкриттів та досягнень, які повинні відбутися до того, як будь-який комерційний продукт коли-небудь вийде на ринок. У найближчій перспективі ми як і раніше застрягли 7нм, 5нм, і все, що може вийти за межі 5нм, припускаючи, що можна знайти життєздатний та економічно вигідний шлях вперед.

Об'єм землі, який все ще потрібно охоплювати між пристроями MESO, Intel обговорюється в природі і, скажімо, Core i9-9900K не може бути заниженою. Проте той факт, що Intel вважає, що він міг знайти шлях вперед, щоб знову включити область масштабування пристрою, зменшити енергію міжключних пристроїв і різко зменшити енергоспоживання, якщо тільки з цієї причини: це перший раз за роки, коли ми чули когось стверджують, що не покладаються на величезні успіхи у проблематичному досліджуваному матеріалі, як графен (або графен). Існують чітко виявлені перешкоди та проблеми, які все ще потребують опрацювання в MESO, і цілком можливо, що деякі з них можуть бути досить значними для запобігання комерціалізації, але це все ще виглядає як перспективний підхід.

Найкращий кредитний рейтинг: Getty Images

Читати далі

Раджа Кодурі від Intel представить на майбутній конференції Samsung Foundry

Цього тижня Раджа Кодурі від Intel виступить на ливарному заході Samsung - і це не те, що сталося б, якби Intel не мала чого сказати.

Нові відомості про Intel Rocket Lake: Сумісність із зворотною стороною, Xe Graphics, Cypress Cove

Intel опублікувала трохи більше інформації про Rocket Lake та його 10-нм процесор, який було перенесено назад на 14 нм.

Intel випускає нові мобільні графічні процесори Xe Max для творців вмісту початкового рівня

Intel випустила новий споживчий мобільний графічний процесор, але він має дуже конкретний варіант використання, принаймні зараз.

Огляд Ryzen 9 5950X та 5900X: AMD розв’язує Zen 3 проти останніх бастіонів продуктивності Intel

AMD продовжує натиск на те, що колись було безперечним торфом Intel.