В желанието си да отговорят на огромните енергийни нужди на изкуствения интелект (ИИ), инженери от Университета в Хюстън създадоха революционен нов материал под формата на тънко покритие, което обещава значително да ускори ИИ устройствата и същевременно драстично да намали енергопотреблението им.

Пробивът, описан в списание ACS Nano, представя специализиран двумерен (2D) тънък филмов диелектрик – електрически изолатор – предназначен да замени традиционните компоненти в интегралните схеми, които генерират топлина. Този нов материал, който не съхранява електричество, ще помогне да се намалят значителните енергийни разходи и отделянето на топлина, характерни за високопроизводителните изчисления, необходими за ИИ.

„AI направи нашите енергийни нужди взривообразни“, казва Аламгир Карим, професор и носител на Dow Chair и Welch Foundation Professor в Катедрата по химично и биомолекулярно инженерство на UH.

„Много AI центрове за данни използват огромни охлаждащи системи, които консумират огромни количества електроенергия, за да поддържат хиляди сървъри с интегрални схеми при ниски температури, което осигурява висока скорост на обработка, по-кратко време за реакция и по-дълъг живот на чиповете.“

Решението: електронен материал тип „low-k“

За да намалят енергийната консумация и едновременно да подобрят производителността, Карим и неговият бивш докторант Маниндерджийт Сингх използват Нобелови органични рамкови материали, за да разработят тези диелектрични филми.

„Очаква се тези материали от следващо поколение значително да подобрят работата на ИИ и на конвенционалните електронни устройства“, казва Сингх, постдокторант в Колумбийския университет, който е разработил материалите по време на докторантурата си в UH в сътрудничество с професор Девин Шафър и докторантката Ерин Шрьодер.

Не всички диелектрици са еднакви. Материалите с висока диелектрична проницаемост (high-k) съхраняват повече електрическа енергия и отделят повече топлина от low-k материалите. Затова Карим се фокусира върху low-k материали, изградени от леки елементи като въглерод – т.нар. леки ковалентни органични рамки – които ускоряват сигналите и намаляват забавянията.

„Low-k материалите са основни изолатори, които подпомагат проводниците в интегралните схеми при пренос на високоскоростни и височестотни електрически сигнали с ниска консумация на енергия (тоест висока ефективност, защото чиповете могат да работят по-хладно и по-бързо), както и с ниска интерференция (кръстосан шум между сигналите)“, обяснява Карим.

Екипът създава новия материал от въглерод и други леки елементи, формиращи ковалентно свързани, пластинковидни филми с пореста кристална структура. След това, заедно със студентa Саураб Тиуари, те изследват електронните им свойства с оглед на бъдещо low-k приложение в устройства.

„Установихме, че 2D слоевете имат ултраниска диелектрична константа и изключително висока електрическа пробивна якост, необходима за работа при високи напрежения в мощни устройства, както и добра термична стабилност при повишени работни температури“, съобщават Карим и Сингх.

Как се създават тези филми

Шафър и Шрьодер използват метод, наречен синтетична интерфейсна полимеризация, при който молекулите се разтварят в две несмесващи се течности и образуват кристални слоести структури чрез „сглобяване“ на молекулните градивни блокове на границата между течностите. Това е метод, открит от носителите на Нобелова награда за химия за 2025 г. Омар М. Яги от Калифорнийския университет в Бъркли и други негови колеги.

Източник: TechXplore