Accelerating Nano-scale Transistor Innovation though Petascale Simulation

通过千万亿次模拟加速纳米级晶体管创新

基本信息

  • 批准号:
    0749140
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 159.92万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-10-01 至 2013-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Accelerating Nano-scale Transistor Innovation though Petascale SimulationGerhard KlimeckPurdue UniversityForty years of transistor downscaling has led to atomic-scale features, making devices subject to unavoidable manufacturing irregularities at the atomic scale. A new approach to design that embraces the atomistic, quantum mechanical (QM) nature of the constituent materials is necessary to develop more powerful yet energy miserly devices. This demands the solution of non-equilibrium statistical QM in systems in excess of tens of million complex degrees of freedom. Computations of this magnitude have been impossible, due to the lack of sufficiently powerful computers. Petascale computing creates an opportunity to pursue a multi-scale design approach. We will develop a general-purpose simulation engine, which will model out-of-equilibrium electron transport in realistically extended devices in an atomistic material description containing millions of atoms using the non-equilibrium Green function (NEGF) formalism. The principal investigator developed NEMO1D, the first NEGF-based commercial-grade device simulator, and NEMO3D, which calculates electronic structure (no NEGF) for systems larger than 52 million atoms. The codes have been shown to scale to more than 16,000 and 8,000 cores, respectively. The project expects to extend the NEGF capabilities of NEMO1D with the NEMO3D electronic structure description to form the next generation engineering toolkit, OMEN.This work hopes to enable the discovery of new technologies for faster switching, smaller feature size, and reduced heat generation. The creation of a new switch has the potential to revitalize the semiconductor industry in 2015. Existing modeling and simulation tools have followed the path of downscaling from a macroscopic understanding where materials are a smooth continuum and electrons are classical particles. At the nanometer scale the material must be described with discrete atomic resolution and electrons follow quantum mechanics and no tools exist for realistic devices. This project aims to build such a tool. OMEN will be an open source community code released through nanoHUB.org. NEMO3D already embodies the envisioned future use of OMEN where a highly scalable tool can answer a broad range of problems, covering ranges of computational intensity, for a broad range of users. Over 1,000 users have used an educational version of NEMO3D since its release.
通过Petascale仿真加速纳米级晶体管创新Gerhard KlimeckPurdue大学四十年的晶体管缩小已经导致了原子级的功能,使设备在原子级不可避免地受到制造不规则性的影响。 一种新的设计方法,包括原子,量子力学(QM)性质的组成材料是必要的,以开发更强大的能源吝啬的设备。 这就要求在超过数千万个复杂自由度的系统中解决非平衡统计QM。 由于缺乏足够强大的计算机,这种规模的计算是不可能的。 Petascale计算为追求多尺度设计方法创造了机会。 我们将开发一个通用的模拟引擎,这将模型的平衡电子输运在现实中扩展的设备中的原子材料描述包含数百万个原子使用非平衡绿色函数(NEGF)的形式主义。 主要研究者开发了NEMO 1D,第一个基于NEGF的商业级器件模拟器,以及NEMO 3D,它计算大于5200万个原子的系统的电子结构(无NEGF)。 这些代码已被证明可分别扩展到超过16,000和8,000个核心。 该项目希望通过NEMO3D电子结构描述扩展NEMO1D的NEGF功能,形成下一代工程工具包OMEN。这项工作希望能够发现新技术,以实现更快的开关,更小的特征尺寸,并减少发热。 新开关的诞生有可能在2015年振兴半导体行业。 现有的建模和仿真工具已经遵循了从宏观理解的降尺度路径,其中材料是光滑的连续体,电子是经典粒子。 在纳米尺度上,材料必须用离散的原子分辨率来描述,电子遵循量子力学,并且不存在用于现实设备的工具。 本项目旨在构建这样一个工具。 OMEN将是通过nanoHUB.org发布的开源社区代码。NEMO 3D已经体现了OMEN未来的预期用途,其中高度可扩展的工具可以为广泛的用户回答广泛的问题,涵盖各种计算强度。 自NEMO 3D发布以来,已有超过1,000名用户使用了NEMO 3D的教育版。

项目成果

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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
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