p Fujitsu Laboratories anuncia que simulou com sucesso as propriedades elétricas de um 3, Dispositivo nano de 000 átomos - um aumento de três vezes em relação aos esforços anteriores - usando um supercomputador. No nível da nanoescala, mesmo pequenas diferenças na configuração atômica local podem ter um grande impacto nas propriedades elétricas de um dispositivo, requerendo que o método de cálculo dos primeiros princípios seja usado para calcular com precisão as propriedades físicas no nível atômico. Contudo, ao aplicar este método à previsão de propriedades elétricas, os cálculos massivos envolvidos limitam essas previsões à ordem de 1, 000 átomos. p A Fujitsu Laboratories desenvolveu agora uma técnica de cálculo que reduz os requisitos de memória enquanto mantém a precisão. A aplicação em uma escala de 3000 átomos foi possível através de um supercomputador usando processamento massivamente paralelo. Esta técnica permite o cálculo de propriedades elétricas, não apenas de componentes individuais do nano dispositivo, mas das interações entre esses componentes. As expectativas são de que este desenvolvimento contribua para implementações práticas mais rápidas de nano dispositivos. Esta simulação usou tecnologia de computação massivamente paralela desenvolvida pelo Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia do Japão (JAIST) e pela Computational Material Science Initiative (CMSI).

p Os detalhes desta tecnologia estão sendo publicados na edição de 14 de janeiro do Física Aplicada Express (ÁPICE), o diário de cartas da Sociedade Japonesa de Física Aplicada.

p Fundo

p À medida que os dispositivos de silício, como LSI, se tornam cada vez mais compactos, houve um nível elevado de velocidade operacional e eficiência energética. Nos últimos anos, Contudo, com os limites da miniaturização continuando a se aproximar, tornou-se um desafio cada vez maior extrair desempenho adicional dos chips. Isso levou a esforços fervorosos para desenvolver dispositivos feitos de novos materiais e novos tipos de estruturas.

p Simular as propriedades elétricas de um nano dispositivo com precisão em um computador, em vez de por meio de experimentação, pode tornar o processo de desenvolvimento mais rápido e menos caro. Uma maneira eficaz de fazer isso é derivar as propriedades elétricas do método dos primeiros princípios, que calcula com precisão o comportamento de cada átomo. Mas, como o método dos primeiros princípios requer uma grande quantidade de cálculos, aplicá-lo à previsão de propriedades elétricas é limitado a modelos na escala de 1, 000 átomos (Figura 1). Nessa escala, apenas as regiões do canal - os caminhos para a eletricidade - podem ser calculadas. Uma simulação que incluísse interações com milhares de eletrodos e isoladores adjacentes - que se acredita afetar muito as propriedades elétricas - tem sido impossível.

p A Fujitsu Laboratories desenvolveu uma técnica computacional que reduz os requisitos de memória enquanto preserva a precisão. Junto com o uso de um supercomputador maciçamente paralelo, isso tornou possível derivar as propriedades elétricas de um 3, Dispositivo nano de 000 átomos usando o método dos primeiros princípios. Simulando as propriedades elétricas de um 3, O dispositivo nano de 000 átomos foi realizado em aproximadamente 20 horas.

p A simulação usa um conjunto de funções básicas que representam o fluxo de eletricidade. Tipicamente, aumentar o número de funções básicas aumenta a precisão em aproximações da corrente elétrica real, mas também aumenta a quantidade de memória usada para o cálculo. Um estudo detalhado desses resultados, da perspectiva das ciências físicas, levou à descoberta de um conjunto de funções básicas que mantém a memória necessária para menos do que a memória disponível (Figura 2).

p Ao realizar as simulações, Fujitsu Laboratories usou OpenMX, software para cálculos com primeiros princípios que usa tecnologia maciçamente paralela desenvolvida por JAIST e a CMS Initiative. Este programa usou uma técnica de particionamento de átomo (Figura 3) para limitar as demandas de memória e comunicação, e uma técnica de particionamento do espaço (Figura 4) para acelerar os cálculos rápidos da transformada de Fourier, que são uma parte fundamental dos cálculos dos primeiros princípios.

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Essa combinação de técnicas tornou possível simular as propriedades elétricas de um nano dispositivo com 3, 030 átomos, compreendendo grafeno e uma camada isolante, em aproximadamente 20 horas em um supercomputador. Os resultados da simulação com e sem a camada isolante são mostrados na Figura 5.

p Esta tecnologia, sendo capaz de modelar as propriedades elétricas de um 3, Dispositivo nano de 000 átomos, foi usado para descobrir as propriedades elétricas de um nano dispositivo que incluía interações com seu ambiente, dando um passo significativo em direção ao design de novos dispositivos nano.

p Com base no desenvolvimento de tecnologia de computação paralela cada vez mais massiva que acompanhou o aumento de desempenho dos computadores, A Fujitsu está buscando cálculos em maior escala e mais eficientes. Nos próximos anos, A Fujitsu pretende alcançar o design de nano dispositivo por meio de computadores por meio de simulações totais de nano dispositivos (na escala de 10, 000 átomos).