Neue MIT-Technologie könnte Akkulaufzeiten verlängern und leistungsstärkere KI ermöglichen

Mit der rasant steigenden Nachfrage nach künstlicher Intelligenz und rechenintensiven Anwendungen wächst auch ein anderes Problem: der Energiebedarf. Herkömmliche Chip-Designs tragen zu dieser Verschwendung bei, da Daten ineffizient zwischen den getrennten Logik- und Speicherkomponenten hin- und hergeschoben werden müssen. Ein Forscherteam des MIT hat nun eine Lösung entwickelt, welche die Energieeffizienz deutlich steigern könnte. Die Komponenten werden dazu direkt auf der Rückseite des Chips aufeinandergestapelt.

Traditionell werden empfindliche Transistoren auf einer Seite eines Siliziumchips verbaut, während die andere Seite für die Verdrahtung reserviert ist. Das Hinzufügen weiterer Komponenten auf der Rückseite war bisher extrem schwierig, da die dafür benötigte Hitze die bereits vorhandene Schicht zerstören würde. Ein Team des MIT unter der Leitung von Yanjie Shao hat dieses Problem nun durch ein Niedrigtemperatur-Fertigungsverfahren gelöst.

Mithilfe eines speziellen Materials namens amorphes Indiumoxid brachte das Team ultradünne Transistorschichten bei nur 150 °C auf, was kühl genug ist, um die darunterliegenden Schaltkreise nicht zu beschädigen. So war es möglich, aktive Transistoren direkt auf die Rückseite zu stapeln und Logik und Speicher effektiv in einem einzigen, kompakten vertikalen Stack zu vereinen.

Wir können nun auf der Rückseite eines Chips eine Plattform für vielseitige Elektronik aufbauen. Das ermöglicht uns, eine hohe Energieeffizienz und viele verschiedene Funktionalitäten in sehr kleinen Geräten zu erreichen. Wir verfügen über eine gute Gerätearchitektur und das passende Material. Um jedoch die ultimativen Leistungsgrenzen auszuloten, müssen wir weiterhin innovativ sein. – Yanjie Shao

Um das bestehende Design weiter zu verbessern, nutzten die Forscher ein ferroelektrisches Material namens Hafnium-Zirkonium-Oxid, um 20-Nanometer-Transistoren zu erschaffen. In Tests zeigten diese Bauteile blitzschnelle Schaltgeschwindigkeiten von nur 10 Nanosekunden, was dem Messlimit der Ausrüstung des Teams entsprach. Gleichzeitig verbrauchten sie deutlich weniger Spannung als vergleichbare Technologien.