Con este avance tendremos CPU, almacenamiento y RAM en un solo chip

El mundo está lleno de ideales que no se pueden conseguir, en arquitectura de computadores no podemos tener la RAM lo suficientemente cercana al procesador y nos gustaría que esta no fuese volátil. Pero esto ha dejado de ser una utopía gracias a la existencia de los Fe-FET que permiten unificar estos dos paradigmas y hacerlos realidad.

El mayor cuello de botella para el procesamiento de los datos es la memoria que los almacena. Tanto en la distancia, velocidad cómo en el coste energético. Por lo que el desafío futuro es acercarlos al procesador en diseños 3DIC, pero también uno de los problemas con la RAM es que los datos no son perpetuos y se pierden con el tiempo. La tecnología Fe-FET y los últimos avances y descubrimientos con ella permiten solventar ambos problemas y harán posibles nuevos tipos de dispositivos con aplicaciones no vistas hasta ahora.

¿Qué es la memoria Fe-FET?

Fe-Fet RAM

Fe-FET o Ferroelectric Field Effect Transistor es un tipo de dispositivo semiconductor es uno de los materiales que más prometen de cara a la computación futura. No solo por el hecho que puede cambiar de estado de manera suficientemente rápida como para cambiar de estado, permitiendo la creación de lógica y por tanto de sistemas de procesamiento como de memoria RAM de alta velocidad. Pero su mayor particularidad es que puede mantener su estado incluso sin recibir electricidad. Lo que le permite no sólo funcionar como memoria RAM, sino también como sistema de almacenamiento no volátil.

Este avance no solamente permite la creación de sistemas de procesamiento en memoria, sino un paradigma más avanzado en el que almacenamiento, memoria y procesamiento se puedan dar en un solo chip. Permitiendo así diseños que hasta ahora no eran posibles. En especial va a permitir la unificación del almacenamiento con la memoria. Algo que hasta ahora solo es posible en microcontroladores y una velocidad muy baja debido a la naturaleza de las ROMs programables.

Con el desarrollo de nuevos sistemas de organización e intercomunicación de chips donde todo apunta desde hace años hacía diseños 3DIC, el nuevo descubrimiento que se ha realizado es un paso adelante hacia el ideal de computación.

Descubren cómo integrar memoría Fe-FET en un chip 3DIC

3DIC

Un equipo de investigación y desarrollo de la universidad de la Escuela de Ingeniería y de Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania han descubierto como el nitruro de aluminio dopado con escandio (AlScN), el cual es un material que exhibe ferroelectricidad se puede utilizar para crear FE-FETs así como memoria del tipo diodo-memristor que sean viables a nivel comercial.

¿Su utilidad? Veamos lo que dicen sus inventores acerca de su descubrimiento:

Una de las muchas formas en las que los diseñadores de chips están pensando para superar las limitaciones en el procesamiento de grandes volúmenes de datos a través del silicio es encontrar materiales que permitan a los componentes de memoria ser montados encima del procesador sin llegar a dañar el procesador en el proceso, haciendo que se conviertan en un dispositivo dos en uno».

Se trata por tanto de un material ideal para la creación de sistemas 3DIC, en especial los que se componen de lógica + memoria. Sea cual sea el caso, el hecho de conectar dos chips en vertical es un proceso delicado que puede llevar a la destrucción de ambas partes. Aumentando los costes de producción de este tipo de soluciones.

Desde que el AlScN puede ser depositado a temperaturas relativamente bajas, sabíamos que representaba la posibilidad de combinar de manera directa la memoria con transistores de lógica. Solo necesitábamos una forma de integrarlo con el resto de la arquitectura del chip.

La temperatura de los componentes en todo diseño 3DIC siempre ha sido uno de los desafíos más grandes a la hora de diseñar este tipo de procesadores. El uso de memoria FE-FET como RAM abre la posibilidad de unificar en un futuro la memoria de almacenamiento con la RAM, cambiando para siempre el paradigma de la memoria. Por el momento se trata de un avance a nivel de laboratorio y se trata de algo que tardaremos en ver en un producto comercial.