"Um ein Vielfaches schneller": Neues ferroelektrisches Material soll Transistoren revolutionieren

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"Um ein Vielfaches schneller": Neues ferroelektrisches Material soll Transistoren revolutionieren
Quelle: Intel

Wissenschaftler haben ein neues ferroelektrisches Material entwickelt, das nun erstmals für den Bau eines Transistors genutzt wurde. Die ersten Ergebnisse lesen sich vielversprechend.

Vor rund drei Jahren hat das Massachusetts Institute of Technology (kurz: MIT) ein neues ferroelektrisches Material entwickelt. Das zweischichtige Molybdändisulfid wurde nun erstmals als Baumaterial eines Transistors verwendet, wie die Forscher in einem neuen Artikel erklären - und läutet damit eine Revolution ein, wie diese behaupten. Denn die "ultradünnen" Transistoren sollen gegenüber den heutigen um ein Vielfaches schneller und langlebiger sein; die Wissenschaftler sprechen von "Schaltgeschwindigkeiten im Nanosekundenbereich sowie bemerkenswerter Haltbarkeit".

Exakte Angaben finden sich im Forschungspapier nicht. Ausgehend von den derzeitigen Transistoren, die für Zustandswechsel einige Hundert Nanosekunden benötigen, soll das aus dem Molybdändisulfid bestehende Bauteil nur den Bruchteil davon in Anspruch nehmen. Das Material selbst weist zudem den Vorteil auf, dass es extrem dünn ist - und entsprechend potenziell noch dichter als bisherige Halbleiter gepackt werden kann. Damit könnte sowohl mehr Leistung pro Fläche als auch eine höhere Energieeffizienz erreicht werden. Insbesondere im Zeitalter der KI-Beschleuniger wären solche Gewinne von entscheidender Bedeutung für weitere Fortschritte.

Ebenfalls wurde eine erhöhte Haltbarkeit bei diesem ferroelektrischen Material festgestellt. Der gebaute Transistor zeigte selbst nach 100 Milliarden Schaltvorgängen keine Anzeichen von Degradierung; damit könnten etwa mit dem neuen Material entwickelte SSDs eine deutlich längere Lebensdauer aufweisen als bisherige Spitzenmodelle. Allerdings gibt es noch Probleme zu bewältigen, wie Ray Ashoori - eines der Mitglieder des Forschungsteams - erklärt. Bisher wurde nur ein einzelner Transistor entwickelt, sodass bis zu einer Massenproduktion noch Geduld gefragt ist, doch sollten die Hürden gemeistert werden, passt das zweischichtige Molybdändisulfid in vielerlei Hinsicht in zukünftige Elektronik.

Quelle: Interesting Engineering

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    • Kommentare (27)

      Zur Diskussion im Forum
      • Von PCGH_Torsten Kokü-Junkie (m/w)
        MRAM ist seit langem im kommerziellen Einsatz. Leider hat man keinen Weg gefunden, die Zellgröße deutlich zu reduzieren, weswegen die Speicherdichten um Größenordnungen hinter SRAM oder gar DRAM zurück bleiben. Die Forschung nach neuen, besser skalierenden Schreibmethoden für magnetischen Speicher läuft zwar weiter, aber bislang hat man relativ kleine Speichermengen je Chip bei ohnehin schon höherem Fertigungsaufwand. Das ist wenig attraktiv und mit dem resultierenden Kleinserienzuschlag resultieren Preise von [Ins Forum, um diesen Inhalt zu sehen]. Ein 2-GiByte-Riegel mit den den gelisteten MRAM-Chips würde 1.600 Euro kosten und natürlich hat sich die von vorneherein höhere Geschwindigkeit von DRAM schneller weiterentwickelt. Entsprechend nutzt man MRAM heute nur in Nischen, in denen hohe Kosten pro Speicherplatz akzeptabel sind (z.B. weil nur ein Megabyte benötigt werden), wo viel zu viele Schreibvorgänge für Flash stattfinden und wo Persistenz unverzichtbar ist. Ebenfalls beliebt soll er bei Raumfahrt und Militär sein, da magnetisch gespeicherte Informationen unempfindlich gegenüber ionisierender Strahlung sind, im Gegensatz zu elektrisch/als Ladung gespeicherten.
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      • Von PCGH_Torsten Kokü-Junkie (m/w)
        MRAM ist seit langem im kommerziellen Einsatz. Leider hat man keinen Weg gefunden, die Zellgröße deutlich zu reduzieren, weswegen die Speicherdichten um Größenordnungen hinter SRAM oder gar DRAM zurück bleiben. Die Forschung nach neuen, besser skalierenden Schreibmethoden für magnetischen Speicher läuft zwar weiter, aber bislang hat man relativ kleine Speichermengen je Chip bei ohnehin schon höherem Fertigungsaufwand. Das ist wenig attraktiv und mit dem resultierenden Kleinserienzuschlag resultieren Preise von [Ins Forum, um diesen Inhalt zu sehen]. Ein 2-GiByte-Riegel mit den den gelisteten MRAM-Chips würde 1.600 Euro kosten und natürlich hat sich die von vorneherein höhere Geschwindigkeit von DRAM schneller weiterentwickelt. Entsprechend nutzt man MRAM heute nur in Nischen, in denen hohe Kosten pro Speicherplatz akzeptabel sind (z.B. weil nur ein Megabyte benötigt werden), wo viel zu viele Schreibvorgänge für Flash stattfinden und wo Persistenz unverzichtbar ist. Ebenfalls beliebt soll er bei Raumfahrt und Militär sein, da magnetisch gespeicherte Informationen unempfindlich gegenüber ionisierender Strahlung sind, im Gegensatz zu elektrisch/als Ladung gespeicherten.
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      • Von Raffnek30000 Software-Overclocker(in)
        das erinnert mich irgendwie an die forschung zu mram. das war ram der nicht flüchtig ist und so schnell wie arbeitsspeicher. vor 15 bis 20 jahren hatte ich dazu was gelesen, seit dem nicht mehr. letztlich hat das aber nicht viel zu sagen, vhs war technisch auch schlechter, wurde aber zum standart. die frage ist halt ob es leute mit kohle gibt die das bauen und vermarkten wollen.
        Zitat von ΔΣΛ
        Ist leider so, in vielen Teilen der Welt sind die Stromkosten deutlich niedriger als bei uns, Effizienz genießt leider noch keine derart hohe Priorität wie man es sich wünschen würde - oder wie es sinnvoll wäre.

        Warum so weit in die Zukunft, massive Probleme habe wir jetzt schon, Anfang des Jahres im WINTER hatte Spanien um die 30°C, im Frühling hatte wir 25-30°C, alles andere als normal.
        Ist nicht lange her das es in Indien länger um die 50°C hatte in einer Zeit wo die Hitzewellen noch bevorstehen, im Irak hat es gerade erst einen Hitzebedingten Lockdown gegeben da es auch dort 50°C hatte.
        Es wird immer wärmer, auch halten die Hitzewellen immer länger an.
        oh ha, da kann ich dir auch was erzählen zu. ich habe ein gewächshaus und dort züchte ich zum beispiel paprika. das ding ist dreifach verglast und so. naja lange rede kurzer sinn, in diesem jahr ist es so kalt das die nichts geworden sind, das zum thema zu viel hitze.
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      • Von DarkWing13 BIOS-Overclocker(in)
        Ist immer die Frage ob sich das das im industriellen Großmaßstab einsetzen lässt und wie teuer das Material und dessen Verarbeitung/Herstellung ist.
        Gibt zigtausende von guten Ideen, die es aber nie in die Serie geschafft haben.
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      • Von PCGH_Torsten Kokü-Junkie (m/w)
        Zitat von Rollora
        Ja Optane DC AFAIR. Ok wusste das mit der Geschwindigkeit nicht, dachte es sei ein RAM- ähnlicher Speicher mit "Permanent Funktion"
        [Ins Forum, um diesen Inhalt zu sehen]
        Nur die Bauform ist RAM-artig, aber von der Performance her hat Intel immer nur eine Zwischenstufe zwischen DRAM und Flash versprochen – mit Fokus auf die Zugriffszeit und von Anfang eher mäßigen Datenraten, die seitdem auch nicht so wirklich verbessert wurden. Die neuesten DDR5-kompatiblen Module erlauben zwar 4.400 MT/s und schaffen bei Zufallszugriffen wohl bis zu 3 GB/s, was eine SSD so schnell nicht nachmacht. Aber maximal sind gerade einmal 6 GB/s pro Modul bei gemischter Lese-/Schreiblast drin. Zum Vergleich: DDR5-4400 macht gut 31 GB/s pro Modul in AIDA Copy und mittlerweile ist -8800 State of the Art. Den Takt von dessen Speicherzellen versucht diese neue Technologie zu halten und wäre damit locker um Faktor 20 schneller als bestehender persistenter Speicher. Aber der ist eben auch heute Serienreif und nicht erst in 10-20 Jahren. 20-fache Geschwindigkeit in ~15 Jahre wäre zwar immer noch kein Reinfall, sondern könnte in etwa der Entwicklung von 2009er SSDs (hatten die Server-Modelle 300 MB/s? Das ist soo lange her) zu 2024er Optane-DIMMs entsprechen. Aber das ist eben nicht genug für eine Revolution, sondern "normal". Und Bedingung wäre noch, dass ein komplettes miniaturisiertes Laufwerk so schnell arbeiten kann, wie der eine Labor-Schaltkreis.
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      • Von HardWareFresser87 BIOS-Overclocker(in)
        Ich finde es immer wieder bewundernswert, wie man sich den Grenzen der Physik stellt oder sie umgeht. Respekt vor allen Ingenieuren, die dies ermöglichen und unser Alltag erleichtern.

        Kurz gesagt" Es geht nachvorne
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