Un procesor pe 32 de biți realizat cu un semiconductor atomic subțire

Cu toate acestea, au existat câteva provocări distincte implicate cu MOS₂. În siliconul normal, tensiunea de prag a unui tranzistor poate fi ajustată prin doparea siliciului – impurități de tipare care schimbă comportamentul semiconductorului. Dar nu există nicio modalitate de a implanta o impuritate într -o singură moleculă. Toți semiconductorii RV32-Wuji sunt de tip N, iar performanța lor nu poate fi ajustată. Așadar, cercetătorii de aici au folosit două metale diferite (aluminiu și aur) pentru cablare și au ajustat tensiunile de prag ale fiecărui tranzistor prin alegerea cablurilor, precum și materialul în care a fost încorporat cablarea.

Făcând chipsuri

La nivel de cip, cercetătorii au experimentat cu construirea multor dispozitive individuale și apoi au folosit învățarea automată pentru a identifica combinația optimă de cablare și materiale care au asigurat că fiecare tranzistor individual va rezida în plicul de performanță necesar.

La nivelul tranzistorului, dispozitivul folosește ceea ce se numește Invertoare în mod de epuizare. Pentru a construi circuite funcționale, cercetătorii au construit și testat o suită completă de 25 de porți logice și le -au testat. Optzeci au fost funcționali, iar cercetătorii au construit cipul folosind acestea. Au folosit cea mai lungă cale prin cip pentru a determina întârzierea pe care trebuiau să o țină cont, care a stabilit o limită superioară a vitezei ceasului în intervalul Kilohertz. Randamentul general la realizarea cipului a fost de peste 99,9 la sută, cu un randament la nivel de cip de 99,8 la sută.

Acestea fiind spuse, o parte din circuite s -au dovedit considerabil mai provocatoare. Randamentul pe registrele de opt biți, de exemplu, a fost de doar 71 la sută, iar acesta a scăzut la doar 7 la sută pentru un registru de 64 de biți (care a necesitat 1.152 de tranzistoare).

Procesorul rezultat implică 5.900 de tranzistoare individuale și este capabil să implementeze versiunea completă pe 32 de biți a setului de instrucțiuni RISC-V, ceea ce înseamnă neapărat că include circuite sofisticate precum decodificatorul de instrucțiuni RISC-V. În același timp, unele aspecte sunt păstrate în mod intenționat simplu; În timp ce poate efectua adăugarea a două numere de 32 de biți, face acest lucru prin funcționarea unui singur bit simultan, ceea ce înseamnă că este nevoie de 32 de cicluri de ceas pentru a efectua operația. Acest lucru a cerut, de asemenea, tampoane la bord pentru a stoca rezultatele intermediare.

Totuși, funcționează, iar autorii susțin că este probabil unul dintre cele mai sofisticate bucăți de hardware „Beyond Silicon”, încă implementate. Acestea fiind spuse, nu se așteaptă ca această tehnologie să înlocuiască siliciul; În schimb, ei îl consideră ca fiind potențial să completeze unele nevoi de nișă, cum ar fi procesarea ultra-scăzută pentru senzori simpli. Dar dacă tehnologia continuă să avanseze, domeniul de aplicare al potențialelor sale utilizări se poate extinde dincolo de asta.

Natura, 2025. Doi: 10.1038/s41586-025-08759-9 (Despre Dois)