Пока производители микропроцессоров гонятся за техпроцессом в доли нанометра, российские учёные решили другую, не менее важную задачу — научились измерять температуру внутри работающего чипа с нанометровым разрешением. Разработка, представленная группой из Физико-технического института имени Иоффе и Института физики полупроводников СО РАН, основана на использовании квантовых точек — полупроводниковых нанокристаллов, способных светиться под воздействием внешнего излучения.
Квантовые точки вводятся в структуру чипа непосредственно на этапе его изготовления, подобно тому как в кремниевую матрицу внедряют легирующие примеси. Они равномерно распределяются по кристаллу и оказываются на расстоянии нескольких нанометров от активных областей транзисторов. При освещении чипа лазером с определённой длиной волны квантовые точки начинают флюоресцировать, а частота и интенсивность их свечения строго зависят от температуры окружающего материала. Фиксируя эти изменения с помощью прецизионного оптического микроскопа, можно построить тепловую карту процессора с пространственным разрешением до 20 нанометров — то есть различить нагрев каждого отдельного транзистора.
Это особенно важно потому, что при современных плотностях в миллиарды транзисторов на квадратный сантиметр локальный перегрев — главный враг надёжности и производительности. Даже кратковременный скачок температуры в крошечной области способен вызвать сбой логической ячейки или, при систематическом воздействии, деградацию кристалла. Раньше инженеры могли судить о тепловых процессах в чипе лишь по косвенным данным компьютерного моделирования, которое часто расходится с реальностью. Теперь у них появляется инструмент прямого бесконтактного наблюдения. Разработчики уже ведут переговоры с несколькими российскими дизайн-центрами микроэлектроники о внедрении нанотермометра в процесс тестирования новых серий процессоров.
