Grafenem pokrytá měď jako další možný lék po budoucí CPU
21.2.2017, Jan Vítek, aktualita
Tranzistory nejsou to jediné, co ovlivňuje výkon procesorových generací, i když právě především o ně jde v Mooreově zákoně. Jsou tu ale také daleko nenápadnější datové spoje, které mají také na celkový výkon a schopnosti nezanedbatelný vliv.
Tranzistory a jiné prvky musí být v procesorech pochopitelně nějak propojeny a to právě zajistí síť měděných spojů, která je souhrnně označována jako interconnect. Měď začaly v roce 1997 využívat společnosti IBM a Motorola, přičemž samotný Intel se k nim přidal až v roce 2000. Tehdy jeho procesory obsahovaly cca kilometr těchto spojů na čtverečný centimetr a dnes už jeho 14nm procesory využívají desetinásobnou délku, čili asi 10 km na stejném prostoru.
V případě datových spojů pak při celkovém zmenšování čipů jde o to, že čím tenčí jsou, tím méně prostoru je pro tok elektronů, tvoří se vyšší odpor, a tedy i více tepla. Právě tento problém chtějí vyřešit, respektive již svým způsobem vyřešili, výzkumníci ze Stanfordu, kteří využili oblíbený hi-tech materiál, grafen. Jen abychom připomněli, tak grafen je spojitá jednoatomová vrstva uhlíku, která má zde posloužit pro pokrytí měděných spojů. Nemusí se řešit přitom tzv. lokální spoje, které propojují blízké prvky, ale spíše globální spoje, jež vedou mezi jednotlivými částmi čipu, a jsou tak delší.
dopad RC delay
S pokročilými technologiemi tak prudce roste RC delay, čili zpoždění v přenosu dat dané vyšším odporem. To mělo dle údajů Georgia Technical Institute při přechodu ze 45 nm postupně na 22nm vrůst o 7,6 %, ovšem ze 22 nm na 11 nm je to už 21,8 % a z 11 nm na chystaných 7 nm dokonce o 48 %. Navíc vzrůstá problém tzv. elektromigrace, kdy proud elektronů dokáže měděný vodič poškozovat, a ten tak v podstatě eroduje. Důsledek může být i poškození vodiče a zničení čelého čipu, jak ukazuje následující obrázek.
Jedna z metod, která by mohla posloužit k vytvoření spolehlivých spojů i v budoucích čipech, je využití kobaltu, ovšem ve Stanfordu si pozvali na pomoc grafen, který má velice podstatně vylepšit vlastnosti takových spojů. Jak dobře víme, právě grafen může být velice dobrý vodič, u nějž by RC delay nebo elektromigrace nehrozila. Grafenový obal by navíc mohl zabránit tomu, aby měď prorazila skrz izolační vrstvu, a tím poškodila čip.
Jak je to ale s jeho aplikací? Dle autorů studie je možné grafen přímo aplikovat na vrstvy měděných spojů, a to při teplotách pod 400 °C, přičemž jejich již několik let vyvíjená metoda by měla být proveditelná s využitím aktuálních výrobních postupů a nástrojů.
Zdroj: IEEE Spectrum
V případě datových spojů pak při celkovém zmenšování čipů jde o to, že čím tenčí jsou, tím méně prostoru je pro tok elektronů, tvoří se vyšší odpor, a tedy i více tepla. Právě tento problém chtějí vyřešit, respektive již svým způsobem vyřešili, výzkumníci ze Stanfordu, kteří využili oblíbený hi-tech materiál, grafen. Jen abychom připomněli, tak grafen je spojitá jednoatomová vrstva uhlíku, která má zde posloužit pro pokrytí měděných spojů. Nemusí se řešit přitom tzv. lokální spoje, které propojují blízké prvky, ale spíše globální spoje, jež vedou mezi jednotlivými částmi čipu, a jsou tak delší.
dopad RC delay
S pokročilými technologiemi tak prudce roste RC delay, čili zpoždění v přenosu dat dané vyšším odporem. To mělo dle údajů Georgia Technical Institute při přechodu ze 45 nm postupně na 22nm vrůst o 7,6 %, ovšem ze 22 nm na 11 nm je to už 21,8 % a z 11 nm na chystaných 7 nm dokonce o 48 %. Navíc vzrůstá problém tzv. elektromigrace, kdy proud elektronů dokáže měděný vodič poškozovat, a ten tak v podstatě eroduje. Důsledek může být i poškození vodiče a zničení čelého čipu, jak ukazuje následující obrázek.
Jedna z metod, která by mohla posloužit k vytvoření spolehlivých spojů i v budoucích čipech, je využití kobaltu, ovšem ve Stanfordu si pozvali na pomoc grafen, který má velice podstatně vylepšit vlastnosti takových spojů. Jak dobře víme, právě grafen může být velice dobrý vodič, u nějž by RC delay nebo elektromigrace nehrozila. Grafenový obal by navíc mohl zabránit tomu, aby měď prorazila skrz izolační vrstvu, a tím poškodila čip.
Jak je to ale s jeho aplikací? Dle autorů studie je možné grafen přímo aplikovat na vrstvy měděných spojů, a to při teplotách pod 400 °C, přičemž jejich již několik let vyvíjená metoda by měla být proveditelná s využitím aktuálních výrobních postupů a nástrojů.
Zdroj: IEEE Spectrum
