技術(shù)科普 | 下一代芯片技術(shù)，新突破

一項(xiàng)新研究表明，利用“混沌邊緣”可大大簡化電子芯片，混沌邊緣可使長金屬線放大信號并充當(dāng)超導(dǎo)體，從而減少對單獨(dú)放大器的需求并降低功耗。

研究人員發(fā)現(xiàn)了“混沌邊緣”如何幫助電子芯片克服信號損失，從而使芯片變得更簡單、更高效。

通過在半穩(wěn)定材料上使用金屬線，該方法可以使長金屬線像超導(dǎo)體一樣發(fā)揮作用并放大信號，通過消除對晶體管放大器的需求并降低功耗，有可能改變芯片設(shè)計(jì)。

利用混沌邊緣技術(shù)革新芯片設(shè)計(jì)

腳趾被撞到后，疼痛信號會立即通過幾米長的軸突傳到大腦，這些軸突由高電阻肉質(zhì)材料組成。這些軸突采用一種稱為“混沌邊緣”或半穩(wěn)定性的原理，能夠快速準(zhǔn)確地傳輸信息。

這項(xiàng)研究通過無機(jī)材料傳導(dǎo)電流，展示了混沌邊緣在人工系統(tǒng)中的作用。通常，混沌邊緣會放大噪聲。然而，令人驚訝的是，放置在混沌邊緣材料頂部的金屬線不僅傳導(dǎo)了有用信號，還放大了有用信號。這種方法有效地抵消了通常會降低信號完整性的金屬電阻損耗。

現(xiàn)代電子芯片由眾多元件和大量金屬線（稱為互連）組成。這些金屬線會造成嚴(yán)重的電阻信號損失，從而嚴(yán)重消耗芯片的電量。傳統(tǒng)的解決方案是將這些線分成較短的線段，并加入晶體管來增強(qiáng)和中繼減弱的信號。

這種創(chuàng)新方法無需晶體管放大器，使長金屬線不僅能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)體般的零電阻，還能增強(qiáng)小信號。這種進(jìn)步可以從根本上簡化芯片設(shè)計(jì)并大大提高效率。

沌邊緣偏置介質(zhì)上的金屬線可以為時(shí)變信號提供有效的負(fù)電阻，輸出比輸入更大的信號。放大的能量來自施加到介質(zhì)上的靜態(tài)偏置。圖片來源：Brown, TD, 等人 (reMIND)，類似軸突的主動(dòng)信號傳輸。《自然》（2024 年）。

推進(jìn)電子產(chǎn)品信號傳輸

由于金屬本身具有電阻，通過金屬導(dǎo)體傳輸?shù)碾娦盘枙p弱強(qiáng)度。為了彌補(bǔ)這一缺陷，傳統(tǒng)方法需要反復(fù)中斷導(dǎo)體以插入可再生信號的放大器。這種技術(shù)已使用了一個(gè)多世紀(jì)，限制了現(xiàn)代密集互連芯片的設(shè)計(jì)和性能。相比之下，這項(xiàng)研究引入了一種基于利用半穩(wěn)定混沌邊緣 (EOC) 的新方法，這是科學(xué)家們理論化但之前從未證明過的機(jī)制。該機(jī)制支持類似于生物軸突中看到的自我放大的主動(dòng)信號傳輸。

利用混沌的半穩(wěn)定邊緣實(shí)現(xiàn)高效電子設(shè)備

通過電接觸鈷酸鑭 (LaCoO 3 )中的自旋交叉，研究人員分離出半穩(wěn)定的 EOC，并在金屬傳輸線中引發(fā)負(fù)電阻和信號放大，而無需單獨(dú)的放大器，并且溫度和壓力均為正常。Operando 熱圖顯示，用于維持 EOC 的能量并未完全以熱量的形式流失，而是部分被重新定向以放大信號，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)主動(dòng)傳輸，并可能徹底改變芯片設(shè)計(jì)和性能。

參考鏈接

https://scitechdaily.com/next-gen-electronics-breakthrough-harnessing-the-edge-of-chaos-for-high-performance-efficient-microchips/