CMOSを超えて
将来のデジタルロジック技術の可能性

CMOSを超えるとは、CMOS技術のスケーリング限界を超える将来のデジタルロジック技術の可能性を指します。[1] [2] [3] [4]加熱の影響によりデバイスの密度と速度が制限されます。[5]

Beyond CMOS は、 ITRS 2.0 (2013) およびその後継である国際デバイスおよびシステムロードマップの 7 つのフォーカス グループの 1 つの名前です。

CPUクロックスケーリング

CMOSを採用したCPUは1986年から発売されました（例：12MHzのIntel 80386）。CMOSトランジスタの寸法が縮小されるにつれて、クロック速度も向上しました。2004年頃から、CMOS CPUのクロック速度は約3.5GHzで安定しています。

「モア・ムーア」（現在の技術のさらなる改良）と「ビヨンドCMOS」（技術のパラダイムシフト）における効率向上の可能性を示すグラフ。国際デバイス・システムロードマップ[6]より

CMOSデバイスのサイズは縮小し続けています。Intelのプロセス・アーキテクチャ・最適化モデル（および古いティック・トック・モデル）とITRSを参照してください。

CMOSトランジスタが3nm以下でも動作するかどうかはまだ明らかではない。[4]

技術の比較

2010年頃、ナノエレクトロニクス研究イニシアチブ（NRI）は様々な技術を用いた様々な回路を研究しました。[2]

ニコノフは2012年に（理論的に）多くの技術をベンチマークし、[2] 2014年にそれを更新しました。[8] 2014年のベンチマークには、11の電子技術、8つのスピントロニクス技術、3つのオービトロニクス技術、2つの強誘電体技術、および1つのストレイントロニクス技術が含まれていました。[8]

2015年のITRS 2.0レポートには、RAMと論理ゲートを網羅した「 Beyond CMOS」[9]に関する詳細な章が含まれていました。

調査対象分野

超伝導コンピューティングとRSFQ

超伝導コンピューティングには、ジョセフソン接合などの超伝導デバイスを用いて電子信号処理とコンピューティングを行う、CMOSを超える技術がいくつか含まれています。その一つである高速単一磁束量子（RSFQ）ロジックは、利用可能な超伝導体が極低温を必要とするという欠点にもかかわらず、2005年のNSA技術調査において有望視されていました。2005年以降、よりエネルギー効率の高い超伝導ロジックの派生型が開発されており、大規模コンピューティングへの応用が検討されています。[12] [13]

参照

参考文献

  1. ^ 「Extending the road beyond CMOS. Hutchby 2002」（PDF） 。 2022年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2023年4月16日閲覧。
  2. ^ abc Nikonov, Dmitri E.; Young, Ian A. (2012年9月). 「Beyond-CMOSデバイスの概要とベンチマークのための統一的な方法論」arXiv : 1302.0244 [cond-mat.mes-hall].
  3. ^ Bernstein; et al. (2011). 「Beyond CMOS Switchesにおけるデバイスとアーキテクチャの展望」。2015年2月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年2月22日閲覧。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  4. ^ ab 「無線周波数回路設計における先進的かつ先進的なCMOS FET技術のレビュー。Carta 2011」（PDF） 。 2015年2月23日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年2月23日閲覧。
  5. ^ Frank, DJ (2002年3月). 「電力制約によるCMOSスケーリングの限界」. IBM Journal of Research and Development . 46 (2.3): 235– 244. CiteSeerX 10.1.1.84.4043 . doi :10.1147/rd.462.0235. 
  6. ^ 「CMOSを超えて」（PDF） . 国際デバイス・システムロードマップ（2017年版）. IEEE. 2018. 2018年7月3日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） . 2018年7月3日閲覧。
  7. ^ “Samsung、2016年に10nmチップ生産開始を誓う”. 2015年5月23日. 2015年7月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2015年7月16日閲覧。
  8. ^ ab Nikonov; Young (2015). 「論理集積回路向けBeyond-CMOS探索デバイスのベンチマーク」IEEE Journal on Exploratory Solid-State Computational Devices and Circuits . 1 : 3–11 . Bibcode :2015IJESS...1....3N. doi : 10.1109/JXCDC.2015.2418033 .
  9. ^ CMOSを超えて(PDF) . 国際半導体技術ロードマップ2.0 (2015年版). 2023年4月16日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2017年6月16日閲覧。
  10. ^ Manipatruni, Sasikanth; Nikonov, Dmitri E.; Lin, Chia-Ching; Gosavi, Tanay A.; Liu, Huichu; Prasad, Bhagwati; Huang, Yen-Lin; Bonturim, Everton; Ramesh, Ramamoorthy; Young, Ian A. (2018-12-03). 「スケーラブルなエネルギー効率の高い磁気電気スピン軌道論理」 . Nature . 565 (7737): 35– 42. doi :10.1038/s41586-018-0770-2. ISSN  0028-0836. PMID  30510160. S2CID  256769872.
  11. ^ Seabaugh (2013年9月). 「The Tunneling Transistor」 . IEEE Spectrum . 50 (10). IEEE: 35– 62. doi :10.1109/MSPEC.2013.6607013. S2CID  2729197. 2021年6月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2023年4月16日閲覧。
  12. ^ Holmes, DS; Ripple, AL; Manheimer, MA (2013年6月). 「エネルギー効率の高い超伝導コンピューティング - 電力バジェットと要件」. IEEE Trans. Appl. Supercond . 23 (3). 1701610. Bibcode :2013ITAS...2301610H. doi :10.1109/TASC.2013.2244634. S2CID  20374012.
  13. ^ Holmes, DS; Kadin, AM; Johnson, MW (2015年12月). 「大規模ハイブリッドシステムにおける超伝導コンピューティング」. Computer . 48 (12): 34– 42. Bibcode :2015Compr..48l..34S. doi :10.1109/MC.2015.375. S2CID  26578755.

さらに読む

  • Banerjee, Niloy (2019年9月3日). 「『CMOSの先』の世界への新たな扉」BISinfotech . 2022年5月13日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2022年5月13日閲覧。
  • Nikonov, Dmitri E.; Ian A. (2013–12). 「Beyond-CMOSデバイスの概要とベンチマークのための統一手法」. Proceedings of the IEEE . 101 (12): 2498–2533. doi :10.1109/jproc.2013.2252317. ISSN  0018-9219.
  • Seabaugh, AC、Zhang, Q.、2010.「CMOSロジックを超える低電圧トンネルトランジスタ」IEEE紀要、98 (12)、pp.2095–2110。
  • Bernstein, K., Cavin, RK, Porod, W., Seabaugh, A. and Welser, J., 2010.「CMOSスイッチ以降のデバイスとアーキテクチャの展望」IEEE紀要、98 (12)、pp. 2169–2184。
  • Sasikanth Manipatruni、Nikonov、DE、Ian A. Young、2018年。「スピンと分極によるCMOSコンピューティングの限界を超えて」Nature Physics、14 (4)、pp. 338–343。
  • Banerjee, SK, Register, LF, Tutuc, E., Basu, D., Kim, S., Reddy, D. and MacDonald, AH, 2010. CMOSおよびCMOSを超えた応用のためのグラフェン. Proceedings of the IEEE , 98 (12), pp. 2032–2046.
  • Topaloglu, RO、Wong, HSP編、2019年。「次世代コンピュータ設計のためのCMOSを超える技術」ベルリン/ハイデルベルク、ドイツ：Springer。
  • Sasikanth Manipatruni , Nikonov, DE, Lin, CC, Gosavi, TA, Liu, H., Prasad, B., Huang, YL, Bonturim, E., Ramesh, R. and Young, IA, 2019. スケーラブルなエネルギー効率の高い磁気電気スピン軌道論理. Nature , 565 (7737), pp. 35–42.
  • ITRS 2013版
    • 新興研究デバイスの概要
    • プロセス統合、デバイスおよび構造の概要
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Beyond_CMOS&oldid=1332361270」より取得