Zespół naukowców z Wiedeńskiego Uniwersytetu Technicznego opracował na nowo najbardziej fundamentalną jednostkę w komputerach: tranzystor. Tym razem nie chodzi tu jednak o standardową, krzemową jednostkę, a sięgnięto po już nieco zapomniany german. Dzięki niemu opracowali nową, adaptacyjną konstrukcję tranzystora, który może zmieniać swoją konfigurację w locie, w zależności od wymagań obciążenia. Potencjalnie może to umożliwić wykorzystanie do 85% mniejszej liczby tranzystorów niż obecnie, aby osiągnąć ten sam efekt. Ponadto, przy mniejszej liczbie tranzystorów wykonujących tę samą pracę, zmniejsza się zużycie energii i temperatura, co z kolei pozwala na skalowanie częstotliwości i zwiększenie wydajności.
Tranzystory adaptacyjne
Tranzystory w dużym uproszczeniu można porównać do swego rodzaju zaworów, które sterują przepływem prądu, lub całkowicie go odcinają. Oczywiście istnieje wiele typów tranzystorów, które działają na różne sposoby zarówno pod względem uzyskiwanego efektu, lub sterowania nimi. Są to jednak niezwykle proste elementy. Dlatego też potrzeba ich tak wiele, aby osiągnąć złożone efekty. Austriaccy naukowcy chcą jednak podejść do sprawy inaczej, zwiększając nie liczbę tranzystorów, a ich złożoność. Wszystko dlatego, że miniaturyzacja tranzystorów już od dłuższego czasu przynosi coraz mniejsze zyski.
Zobacz też: Hakerzy przejęli serwery od HP – zdobyli na nich sporą fortunę
Operacje arytmetyczne, które wcześniej wymagały 160 tranzystorów, dzięki tej zwiększonej zdolności adaptacyjnej są możliwe przy użyciu 24 tranzystorów. W ten sposób można również znacznie zwiększyć szybkość i efektywność energetyczną obwodów.
— prof. Walter Weber, członek zespołu.
Innymi słowy, nowe tranzystory adaptacyjne mogą zmniejszyć liczbę wymaganych tranzystorów dla danego obciążenia nawet o 85%. Co więcej, przy mniejszej liczbie tranzystorów działających dla tej samej pracy, zużycie energii, temperatury i punkty wycieku są zredukowane w całej konstrukcji — co z kolei pozwoliłoby na wyższe skalowanie częstotliwości i wydajności.
Jak to działa?
Zasada działania nowej konstrukcji została opisana przez zespół w następujący sposób:
Łączymy dwie elektrody za pomocą niezwykle cienkiego drutu wykonanego z germanu, poprzez niezwykle czyste interfejsy wysokiej jakości. Nad segmentem germanowym umieszczamy elektrodę bramki, taką jak w konwencjonalnych tranzystorach. Decydujące jest jednak to, że nasz tranzystor posiada dodatkową elektrodę sterującą umieszczoną na styku germanu i metalu. Może ona dynamicznie programować działanie tranzystora.
Ta dodatkowa elektroda sterująca (bramka programowa) zasadniczo pozwala badaczom zmieniać sposób zachowania się tranzystorów. Typowe, jednoelektrodowe tranzystory transportują prąd za pomocą swobodnie poruszających się elektronów, które niosą ładunek ujemny, lub poprzez usunięcie elektronu z poszczególnych atomów, czyniąc je dodatnio naładowanymi, czyli przez tak zwane dziury elektronowe. Dodanie mostka germanowego sprawia, że nowy tranzystor może płynnie przełączać się pomiędzy tymi dwoma stanami transportu.
Fakt, że używamy germanu, jest decydującą zaletą. Ma on bardzo szczególną strukturę elektroniczną: kiedy przykłada się napięcie, przepływ prądu początkowo wzrasta, tak jak można by się tego spodziewać. Jednak po przekroczeniu pewnego progu przepływ prądu ponownie maleje — jest to tzw. ujemny opór różnicowy. Za pomocą elektrody sterującej możemy modulować, przy jakim napięciu leży ten próg. Dzięki temu uzyskujemy nowe stopnie swobody, które możemy wykorzystać do nadania tranzystorowi dokładnie takich właściwości, jakich w danej chwili potrzebujemy.
Źródło: Tomshardware