MIT inventa amplificador de CPU e GPU — pequeno transistor discreto de GaN “Dylet”

Mal tivemos tempo de nos acostumar com os chiplets — um arranjo modular de processadores e aceleradores —, e cientistas dos EUA já estão se apressando para anunciar a invenção dos dielets — componentes semicondutores ainda menores em chips. Os dilets se tornarão uma espécie de impulsionador para os chips, aumentando suas características de potência e frequência, inacessíveis ao silício comum. Em essência, são transistores discretos incrivelmente pequenos feitos de nitreto de gálio, que são instalados com precisão em um chip finalizado.

Fonte da imagem: mit

O desenvolvimento dos dilets foi realizado por cientistas liderados por especialistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). O objetivo era economizar nitreto de gálio (GaN), o segundo semicondutor mais popular depois do silício. No entanto, é caro, difícil de integrar ao processo CMOS e seu fornecimento é controlado pela China.

A melhor maneira de economizar dinheiro é fabricar transistores individuais de nitreto de gálio e colocá-los em cristais de silício apenas onde produzirão o maior efeito. Transistores discretos em um circuito integrado são uma ideia tão incomum que chega a ser intrigante. O MIT está confiante de que isso tornará possível usar nitreto de gálio de forma mais barata, reduzirá o orçamento térmico do chip e proporcionará um aumento impressionante tanto nas frequências de operação quanto na eficiência energética.

Para implementar a ideia, foi desenvolvido um kit de ferramentas baseado na tecnologia de processo de 22 nm da Intel. Primeiro, os transistores foram fabricados com a maior densidade possível em um substrato de nitreto de gálio. O tamanho de cada transistor era de 240 × 410 µm. Em seguida, usando um laser, os transistores foram cortados em elementos individuais. O cobre foi usado para a montagem no cristal – ao contrário do ouro, ele permite a soldagem de peças em temperaturas abaixo de 400 °C, o que garante um regime suave para os materiais do futuro chip.

O MIT também desenvolveu uma ferramenta para alinhar com precisão contatos de cobre em transistores discretos com almofadas em um chip. A operação requer precisão nanométrica. O dispositivo move um substrato com transistores sobre o chip, mantendo-o no lugar com vácuo, e instala os transistores usando calor e pressão.

Como o processo utilizou hardware FinFET Intel 22nm padrão, foi possível adicionar capacitores de compensação ao circuito para melhorar o ganho e a estabilidade. O modelo de teste foi um amplificador de potência de RF medindo apenas meio milímetro quadrado. O chip de silício com dilet intercalado demonstrou características de amplificação de sinal significativamente melhores do que seus equivalentes de silício puro.

Cientistas estão confiantes de que este será um avanço no campo das comunicações e da eletrônica de potência. No entanto, a tecnologia ainda não está madura o suficiente para implementação comercial.