Гонитва за мініатюризацією: Наскільки малим може стати транзистор у вік штучного інтелекту?

Транзистори є невід’ємною частиною друкованих плат та іншої електроніки. Але якими ж крихітними вони можуть стати насправді? (Джерело зображення: WLADIMIR BULGAR/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)
• Facebook
• X
• Reddit
• Pinterest
• Flipboard Поділитися статтею 0 Приєднатися до обговорення Сьогодні, в епоху штучного інтелекту (ШІ), ці зусилля перетворилися на справжню гонку. Тож, наскільки малими можуть стати транзистори? І чи є зменшення розміру все ще головною метою? Щоб зрозуміти відповідь, спочатку слід розібратися, що таке транзистор.

Визначення транзистора

“Якщо ви візьмете комп’ютер чи мобільний телефон і розберете його, ви побачите друковану плату”, — розповів Live Science Суман Датта, професор кафедри електротехніки та комп’ютерної інженерії в Технологічному інституті Джорджії. На цій платі розташовані невеликі прямокутні компоненти, звані чіпами, а всередині кожного чіпа — крихітний шматочок кремнію. “І в цьому кремнії, якщо збільшити зображення приблизно в мільйон разів… можливо, якщо пощастить, ви почнете бачити ці крихітні перемикачі, або транзистори, вбудовані в цей шматок кремнію”, — додав Датта.

(Джерело зображення: Marilyn Perkins / Future) Кожен транзистор фактично є перемикачем, який вмикається та вимикається у відповідь на електричні імпульси, що надходять 4 мільярди разів на секунду. Сучасні пристрої містять мільярди транзисторів, і кожен з них, вмикаючись та вимикаючись у точному порядку, обробляє та зберігає дані у вигляді 1 і 0. Це забезпечує роботу всього, від пошукових систем Google та дата-центрів ШІ до пристрою, яким ви зараз користуєтеся. Чим менші транзистори, тим більше їх можна розмістити на чіпі, і тим вищою стає швидкість та функціональність пристрою. Тож, наскільки маленькими вони стали на сьогодні?

Раніше транзистори були видимі неозброєним оком, але тепер їх зробили на порядки меншими за ширину людської волосини. (Джерело зображення: Bettmann через Getty Images) “Дослідники створили концептуальні пристрої, в яких один атом контролює потік електронів, хоча решта пристрою все ще значно більша”, — розповіли Live Science Антон Перссон, доцент Технологічного університету Чалмерса (Швеція), та Тара Пенья, майбутній доцент Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA), у спільному електронному листуванні. Це означає, що перемикальна частина транзистора була створена в найменшому фізично можливому масштабі, навіть якщо такого маленького пристрою ще не існує. Нові матеріали та підходи можуть зробити ці пристрої ще меншими. У дослідженні, опублікованому в червні в журналі Nature Nanotechnology, Перссон, Пенья та їхні колеги використали двовимірні напівпровідники з дисульфіду вольфраму, серед інших матеріалів, щоб зменшити нанострічкові транзистори до ширини каналу 25 нанометрів — це приблизно 0,00025 ширини людської волосини.

Ілюстрація, що показує маленький транзистор, створений Перссоном, Пенья та їхніми колегами. (Джерело зображення: Peña et al (2026).) Двовимірні напівпровідники — це електрично активні матеріали товщиною в один або кілька атомів. Оскільки електричний струм можна контролювати точніше в такому тонкому шарі, вони дозволяють створювати транзистори меншого розміру порівняно з традиційним кремнієм. Протягом наступного десятиліття, як очікується, кремнієві транзистори продовжуватимуть зменшуватися, але повільніше, ніж раніше. “Щоб досягти значно менших розмірів, нам, можливо, доведеться відмовитися від кремнію на користь атомно-тонких матеріалів, таких як двовимірні напівпровідники, які ми вивчаємо”, — зазначили експерти.

Комплекс міркувань

Розмір — не єдиний важливий фактор; вартість також відіграє значну роль. Розробка та виготовлення нового чіпа вимагають величезних початкових витрат. “Ми є настільки ж дослідоницько-інтенсивними, як фармацевтичні компанії, які витрачають мільярди доларів на розробку одного препарату”, — сказав Датта. “Це дуже схожа бізнес-модель”. Існують також виробничі аспекти, які слід враховувати. “Часто набагато складнішим етапом є надійне виробництво мільярдів таких транзисторів у масштабі та за комерційно вигідною ціною”, — зазначили Перссон і Пенья. “Те, що працює один раз у лабораторії, не обов’язково працюватиме на заводі”. Ще одним важливим фактором є енергоефективність. “Якщо я додаю все більше й більше транзисторів на цей маленький шматочок кремнію, а на рівні окремого транзистора вони не стають більш енергоефективними… то коли я переходжу, скажімо, з 10 транзисторів на 20, мій бюджет потужності має подвоїтися, за інших рівних умов”, — пояснив Датта. Наприклад, найновіші графічні процесори Nvidia для дата-центрів споживають 1,4 кіловата електроенергії, а майбутній випуск Nvidia, за оцінками, споживатиме майже на кіловат більше. Половина цієї енергії розсіюється як відпрацьоване тепло, додав Датта. “Отже, це не просто менше, швидше, дешевше, але й більш енергоефективно”, — наголосив Датта. “Потрібно працювати за всіма чотирма напрямками”.

Чи є зменшення розміру все ще метою в епоху ШІ?

Тим не менш, існує обмеження фізичного простору для додаткових транзисторів, тому інженери звертаються до 3D-дизайнів — тобто, будують “вище”, а не “менше”.
• Чому чат-боти ШІ споживають так багато енергії?
• Чи будуть колись квантові ноутбуки?
• Чи застаріли CAPTCHA в епоху ШІ? “Замість того, щоб просто зменшувати кожен транзистор, все частіше використовується ідея складання транзисторів один на одного, щоб їх можна було розмістити більше в межах однієї площі чіпа”, — пояснили Перссон і Пенья. “Таким чином, ми все ще можемо зробити нашу електроніку значно потужнішою, навіть якщо кожен транзистор зменшується лише незначно”. Прагнення до швидших і ефективніших чіпів стає ще більш нагальним через вибухове зростання ШІ. Але менші транзистори та потужніші чіпи важливі не лише для дата-центрів ШІ; вони також означають створення меншої, потенційно дешевшої споживчої електроніки. “Люди, безумовно, помічають наслідки зменшення розміру транзисторів”, — зазначили Перссон і Пенья. “Вони можуть споживати менше енергії та дозволяти розміщувати більше обчислювальної потужності на тому ж чіпі. Це може означати швидшу електроніку, довший час роботи від батареї та нижчі витрати. Історично така комбінація дозволила сучасним смартфонам перевершити суперкомп’ютери розміром з кімнату десятилічної давності”. Тож, наскільки маленькими можуть стати транзистори? “Ми зробимо все, щоб зробити їх якомога меншими, доки ми можемо контролювати фізику”, — сказав Датта. “І доки це можливо, ми знайдемо спосіб зробити економіку виправданою”. — Порада від Business News: Ця інформація допомагає зрозуміти, як триває розвиток технологій, що лежать в основі сучасних електронних пристроїв, включаючи ті, що працюють зі штучним інтелектом. Знання про тенденції в мініатюризації транзисторів, виклики виробництва та пошук нових матеріалів дає розуміння, чому ваші гаджети стають потужнішими, енергоефективнішими та (часто) дешевшими, що безпосередньо впливає на ваш вибір та використання електроніки.

Sourse: www.livescience.com