Команда Технологического института Джорджии получила 10,6 млн долларов на разработку MEFA Logic — системы, где электрический сигнал вызывает механическую деформацию материала, и эта деформация управляет потоком тока в полупроводнике. Цель программы Fast and Curious — повысить энергоэффективность логических схем минимум в 100 раз.
Современные компьютеры работают на КМОП-транзисторах, которые представляют нули и единицы через управляемый поток электрического заряда. DARPA заключает, что дальше снижать энергию переключения становится всё сложнее из-за фундаментальных ограничений вроде теплового шума. Поэтому агентство ищет новые материалы и физические принципы, способные сократить энергозатраты на два-три порядка.
Система MEFA использует ферроические материалы, которые расширяются или сжимаются при подаче напряжения. Конструкция усиливает эту деформацию и передаёт воздействие соседнему полупроводниковому каналу. Изменение канала регулирует ток и позволяет переключаться между логическими состояниями.
По сути исследователи добавляют к электрической логике механизм передачи информации. Вместо повышения напряжения MEFA использует минимальное движение материала. Снижение напряжения и энергии каждого переключения уменьшит тепловыделение — критически важно для процессоров искусственного интеллекта и устройств с ограниченным питанием.
DARPA установила конкретные ориентиры. На первом этапе энергия одного логического переключения должна снизиться до десяти аттоджоулей при задержке около десяти пикосекунд. На втором этапе — один аттоджоуль и одна пикосекунда, один логический элемент должен управлять более чем тремя следующими.
Низкая энергия отдельного переключателя недостаточна для пригодного процессора. Логический элемент должен работать быстро, надёжно передавать результат следующей ступени и сохранять преимущества после объединения множества устройств. Предыдущие исследования мультиферроических материалов показывали низкую энергию переключения, но скорость, коэффициент разветвления сигнала и качество границ между материалами оставались препятствиями.
Команду под руководством профессора Асифа Хана составляют специалисты Georgia Tech, Университета Райса, Университета Южной Калифорнии и Space Park Foundry компании Northrop Grumman. Исследователи планируют учитывать совместимость с современным производством полупроводников с первых этапов, затем перейти от отдельных устройств к сложным интегральным схемам.
Упоминание 100-кратного повышения эффективности описывает исследовательскую программу и будущие контрольные показатели, а не готовый чип. Потребление полноценного процессора зависит от памяти, межсоединений, тактовой системы и передачи данных, поэтому выигрыш отдельного логического элемента не переносится на весь компьютер напрямую.
DARPA рассматривает низкоэнергетическую логику как основу для периферийных вычислений, спутников, автономных систем и оборудования с ограниченной мощностью. Агентство требует работы при обычных температурах. Главная задача MEFA — совместить сверхнизкую энергию переключения, высокую скорость и массовое производство.
