Новий чіп демонструє стабільну роботу при температурах, які перевищують температуру лави — випадкове відкриття науковців.

Це сталося ненавмисно, але може виявитися одним з найзначніших досягнень у сфері чипів за останні десять років. Під час проведення досліджень вчені створили чип, що стабільно працює при температурах, які зазвичай вважаються екстремальними.

Температура стала тією перешкодою, що заважала нам створювати електронні пристрої, які могли б витримати складні умови експлуатації. При високих температурах електроніка не тільки втрачає продуктивність, але й при температурі понад 200 градусів може зовсім вийти з ладу. Проте ситуація, ймовірно, змінюється: дослідницька команда з Університету Південної Каліфорнії, здається, знайшла спосіб подолати цю теплову обмеженість.

У науковій статті, опублікованій у журналі Science, дослідники представили інноваційний чип пам'яті, здатний стабільно функціонувати при температурі 700 градусів Цельсія. Для порівняння, ця температура перевищує нагріту лаву. Пристрій не показав жодних ознак збоїв у роботі. Сімсот градусів - це максимальне значення, зафіксоване їхнім тестовим обладнанням. Чи зможе чип витримати більш високі температури, наразі не досліджено.

"Це можна вважати справжньою революцією", - зазначає Джошуа Ян, головний науковець проєкту.

Як їм вдалося досягти такого результату? Чип має конструкцію, схожу на мініатюрний бутерброд. На верхньому шарі розташований вольфрам, в центрі – тоненький керамічний шар, а внизу – графен. Кожен з цих матеріалів сам по собі здатний витримувати дуже високі температури, але справжня магія відбувається на графеновому шарі. У звичайному чипі тепло змушує атоми металу проходити через кераміку, поки обидві сторони не з’єднаються, що призводить до короткого замикання. Графен перешкоджає цьому процесу.

"Це найвидатніша пам'ять для високих температур, яку будь-коли було представлено," - стверджує Ян.

За його словами, графен і вольфрам ведуть себе як олія і вода. Атоми вольфраму, що наближаються, не мають можливості утриматися на поверхні і просто відштовхуються. Оскільки відсутня точка опори, чип не замикається. Найцікавіше, що команда виявила це зовсім випадково.

"По правді кажучи, це сталося абсолютно випадково - подібно до багатьох інших відкриттів," - зауважив Ян.

Чому подолання теплової стелі важливе? Теплова стеля не давала створювати машини, здатні витримувати екстремальні температури. Через це ми не могли відправляти зонди на планети з надзвичайно високими температурами або проводити експерименти з глибинним бурінням Землі. Новий чип може дозволити нам здійснювати такі експерименти.

Ще одне застосування цього чипа - це штучний інтелект. Більше 90 відсотків обчислень у системах ШІ, таких як ChatGPT, базуються на одному виді математичних операцій. Цей чип має можливість виконувати ці розрахунки в момент, коли електрика проходить через нього, що робить його набагато швидшим і енергоефективнішим, ніж все, що ми використовуємо сьогодні. Хоча до остаточного продукту ще залишаються роки, Ян зазначив так:

"Відсутній компонент створено. Коли він вийде у виробництво, це вирішить одну з найбільших проблем, що стримують розвиток чипових технологій".

Пристрій вразив своєю незвичайною витривалістю під час випробувань: він зміг зберігати інформацію більше 50 годин при температурі 700 градусів без необхідності в оновленні, а також витримав понад мільярд циклів перемикання за цих умов. Весь цей час він працював на всього 1,5 вольта, демонструючи швидкість перемикання в десятки наносекунд. Для порівняння, сучасні мікросхеми, що використовуються в смартфонах і супутниках, починають зазнавати деградації вже через кілька годин експлуатації при температурі 200 градусів.

Щодо масштабування виробництва - ситуація краща, ніж могло б здатися. Два з трьох матеріалів пристрою - вольфрам і оксид гафнію - вже є стандартними у світових напівпровідникових виробництвах. Графен є новішим для галузі, але TSMC і Samsung вже внесли його у свої дорожні карти розвитку, і його вже вирощували на рівні пластин у дослідницьких умовах. Для Яна технічні показники - лише частина картини.

"Дослідження космосу ніколи не було таким реальним, таким близьким і таким масштабним. Це є критичним стрибком у набагато більший, більш захопливий фронтир", - запевняє він.

Дослідження проводилося в межах центру CONCRETE - Центру нейроморфних обчислень в екстремальних умовах - за підтримки Науково-дослідної лабораторії Військово-повітряних сил США.