IBM versnelt chipontwikkeling met complexere simulatie

IBM verhoogt het tempo van chipontwikkeling door nieuwe materialen te simuleren op de eigen Blue Gene-supercomputer. "We hebben specifiek de interactie tussen materialen, met het nieuwe hafnium-dioxide, gesimuleerd. Deze doorbraak geldt voor alle chips", zegt research staff manager Alessandro Curioni van het onderzoekslaboratorium in Zürich.

"Het alternatief is het uitvoeren van een experiment, maar dat geeft maar één beeld, een gemiddelde zeg maar." Curioni legt uit dat de nu gedraaide simulaties meer inzichten verschaffen en daarmee de ontwikkeling van nieuwe chips versnelt. De eerste chips met het nieuwe materiaal hafnium-dioxide komen volgend jaar al op de markt. IBM onthulde onlangs, nagenoeg tegelijk met Intel, een doorbraak met de validatie van een nieuw materiaal voor chips. Dit hafnium-dioxide maakt kleinere componenten met beter energieverbruik mogelijk en zal silicium deels vervangen.
IBM's onderzoekscentrum in Zürich heeft materiaalcombinaties gesimuleerd in vijftig verschillende modellen. Die bevatten elk wel zeshonderd atomen en zo'n vijfduizend elektronen. Het doorrekenen van één model kostte vijf dagen op de Blue Gene/L-super, met 4096 processoren, die het lab ter beschikking heeft. Alle vijftig modellen waren in tweehonderdvijftig dagen uitgevoerd.

Krachtig en flexibel
"Je hebt een supercomputer nodig om een goede simulatie van chipmaterialen te draaien. Op zich hebben we de technologie voor dit type simulatie al zo'n vijftien jaar. Maar we hebben nu veel krachtiger systemen die bovendien flexibeler zijn", vertelt Curioni aan Computable. "Daarmee kunnen we meer complexe simulaties draaien. We zijn nu in staat technologieproblemen uit de praktijk aan te pakken."
"Ons doel is het simuleren van een volledige halfgeleider, de full device." De Italiaanse onderzoeker schat dat dat doel over een jaar of vijf al te bereiken is. "En dan dus met de interactie van de materialen! Alleen een simulatie van een ontwerp is relatief veel eenvoudiger."

Materiaalinteractie
De IBM-onderzoeker vertelt dat simulaties de afgelopen tien jaar beperkt waren tot slechts enkele moleculen. Uitschieters waren er wel naar gedetailleerde - en dus zware - simulaties van tientallen atomen, dus een detailniveau lager dan 'slechts' moleculen. "We simuleren nu wel zevenduizend atomen en kijken daarbij naar het gedrag van het materiaal. Hoe hafnium-dioxide interacteert met andere materialen en hoe goed het samenwerkt in welke combinaties."
Curioni vertelt dat er de afgelopen vijftien jaar grote vooruitgang is geboekt in de rekenkracht van computers, maar ook in de algoritmes voor de simulaties. "We werken dan ook aan de verbetering van algoritmes. Het belangrijkste is echter de synergie tussen machine en algoritme. Anders blijf je in de praktijk steken op een 10 procent van het theoretische piekvermogen."