Исследователи из IBM использовали моделирование на суперкомпьютерах для разработки новых материалов, используемых в производстве микросхем следующего поколения.
В работе ученых из лаборатории IBM в Цюрихе (Швейцария), опубликованной в Physical Review Letters, впервые описано применение суперкомпьютеров для моделирования поведения диоксида гафния — перспективного материала для создания новых чипов.
IBM заявила недавно о намерении перейти к технологии с использованием материалов с высоким значением диэлектрической проницаемости (high-k) и металлических соединений для производства затворов транзисторов. Это даст возможность повысить производительность транзисторов за счет десятикратного снижения тока утечки (по сравнению с нынешней технологией, использующей для этих целей диоксид кремния).
В результате компьютерного моделирования ученые впервые получили ясное представление о том, как работают в реальных условиях различные композиции материалов. Было рассмотрено около 50 вариантов силиката гафния, который образуется в результате взаимодействия оксидов гафния и кремния. В каждом из вариантов использовали до 600 атомов и до 5 тыс. электронов.
Чтобы представить объем вычислений, достаточно сказать, что расчет значения диэлектрической проницаемости одной композиции требует пяти дней работы суперкомпьютера Blue Gene. Для всех вариантов требуется 250 дней. Самому мощному на сегодня ноутбуку потребовалось бы для этого более 700 лет.
Методы компьютерного моделирования атомарных структур разрабатывались давно и развивались вместе с компьютерами, но лишь в последнее время были получены впечатляющие результаты благодаря усовершенствованию алгоритмов и созданию суперкомпьютеров невиданной ранее производительности и масштабируемой архитектуры.
Исследователи из IBM, в частности, использовали т.н. ab initio методы молекулярной динамики, в которых взаимодействие атомов описывается на основе самых фундаментальных законов физики, без привлечения эмпирических данных. Полученные в расчетах физические свойства материала, таким образом, выводятся непосредственно из самых фундаментальных свойств составляющих его атомов. Ученым удалось найти оптимальные значения концентрации гафния в композиции материалов, что позволит сократить до минимума дорогостоящие лабораторные исследования и ускорить создание новой технологии производства транзисторов, сообщает PhysOrg.
