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研究チームトランジスタ：ウィーン工科大学では、コンピューティングの最も基本的な単位を進化させてきました。ゲルマニウム（Ge）の要素を利用して、ワークロードの要件に応じて、その場で構成を変更できる新しい適応型トランジスタ設計を開発しました。それの可能性、あなたは尋ねますか？現在のアプローチよりも最大85％少ないトランジスタを使用できるため、非常に大きなものです。さらに、同じ作業で動作するトランジスタが少なくなると、消費電力と温度が低下し、周波数のスケーリングとパフォーマンスが向上します。

トランジスタ（特に電界効果トランジスタ（FET））は、半導体設計の基本単位です。3つの要素が連携して動作し、技術的な経験を解き放ちます。水門が水が流れるかどうかを制御するのと同じように、トランジスタは、電流がソース（最初の要素）からドレイン（2番目の要素）に向かって流れるかどうかを制御します。ただし、トランジスタ自体はそれほどスマートではありません。実際、制御電極の入力がなければ、ほとんど役に立たなくなります。水のアナロジーを拡張すると、ダムは、水がダムを流れるかどうかを制御できる場合にのみ非常に役立ちます。したがって、3番目の基本要素であるトランジスタのゲートが必要です。。この3つの部分からなるトランジスタの単純さにより、何十億ものトランジスタを最新の高性能チップに詰め込むことができます。

トランジスタの単純さには注意があります：機能性。トランジスタは多くの異なる機能を担うことができますが、これらの機能はそれ自体が単純です。高次のパフォーマンスとより複雑なワークロードを解き放つことができるのは、（集積回路内に）多くの小さくて単純なトランジスタを一緒に追加することによるものです。特定の方法で配置された特定の数のトランジスタは、Zen3コアに変えることができます。また、NvidiaCUDAコアまたはメモリキャッシュの追加ブロックに変えることもできます。

Intelのティックタックを覚えておいてください（そして後でtock-tock-tock）戦略？これらの用語では、トック（マイクロアーキテクチャの変更）は基本的に、トランジスタブロックを再配置および再設計することでロックを解除できるパフォーマンスの向上に対応します。ティック（製造ノードの変更）は、エンジニアがますます複雑になる回路で使用できるトランジスタの量を増やします。Intelのティックタック戦略の終焉は、トランジスタ密度の向上を達成することがいかに困難になっているのかを示しています。そして、材料と設計の研究はトランジスタを改善するための多くの方法を考案しましたが、それらの基本的な設計は変更されていません。そして、変化がない場合には、機会があります。トランジスタを再設計することでどのようなメリットが得られるでしょうか。

「これまで160個のトランジスタが必要だった算術演算は、この適応性の向上により24個のトランジスタで可能です。このようにして、回路の速度とエネルギー効率も大幅に向上します」と、チーム。言い換えると、新しいアダプティブトランジスタは、特定のワークロードに必要なトランジスタの数を最大85％削減できます。さらに、同じ作業で動作するトランジスタが少なくなると、設計全体で消費電力、温度、およびリークポイントが削減されます。これにより、より高い周波数スケーリングとパフォーマンスが可能になります。

「2つの電極を、非常にクリーンで高品質なインターフェースを介して、ゲルマニウム製の非常に細いワイヤーで接続します」と、研究チームのメンバーであるMasiarSistani博士は説明します。「ゲルマニウムセグメントの上に、従来のトランジスタに見られるようなゲート電極を配置します。決定的なのは、ゲルマニウムと金属の間の界面に配置されたさらなる制御電極を備えていることです。トランジスタの機能を動的にプログラムできます。

この追加の制御電極（プログラムゲート）により、研究者は基本的にトランジスタの動作を変更できます。典型的な単一電極トランジスタは、自由に動く電子（負の電荷を帯びている）を介して、または個々の原子から電子を取り除き、それらを正に帯電させることによって電流を輸送します。ゲルマニウムブリッジの追加により、新しいトランジスタ設計でこれら2つのトランスポート状態をシームレスに切り替えることができます。

「私たちがゲルマニウムを使用しているという事実は決定的な利点です」とSistani博士は説明します。「これは、ゲルマニウムが非常に特殊な電子構造を持っているためです。電圧を印加すると、予想どおり、電流の流れは最初は増加します。ただし、特定のしきい値を超えると、電流の流れは再び減少します。これは負性微分抵抗と呼ばれます。制御電極の助けを借りて、このしきい値がどの電圧にあるかを変調できます。これにより、トランジスタに現時点で必要な特性を正確に与えるために使用できる新しい自由度が得られます。」

驚くべきことに、このテクノロジーは迅速にスケーラブルで展開可能であることが約束されています。使用される材料はいずれも半導体業界で新しいものではなく、新しい専用ツールは必要ありません。しかし、もちろん、最初の採用は限られており、研究者たちは、必要なときに利用できるように、適応型トランジスタが特定の半導体設計へのアドオンとして組み込まれると考えています。