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
- 来源:
- 关键词:
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.
尽管Petascale Simulationgerhard Klimeckpurdue University Years Fransistor年的横向缩小降低导致了原子规模的特征,但加速了纳米级晶体管创新,尽管Petascale Simulationgerhard Klimeckpurdue University forness fortials fortheration fornovation却使设备在原子范围内构成不可避免的不规则制造。 一种新的设计方法,它具有组成材料的原子,量子机械性(QM)性质,对于开发更强大而能量的设备是必不可少的。 这需要在超过数百万个复杂自由度的系统中解决非平衡统计QM的解决方案。 由于缺乏足够强大的计算机,因此不可能进行如此大小的计算。 Petascale Computing创造了一种机会,可以采用多尺度设计方法。 我们将开发一种通用模拟引擎,该引擎将在原子材料描述中对现实扩展的设备中的不平衡电子传输进行建模,其中包含使用非平衡绿色功能(NEGF)形式主义的数百万原子。 首席研究员开发了NEMO1D,这是第一个基于NEGF的商业级设备模拟器和NEMO3D,该NEMO3D计算了超过5200万个原子的系统电子结构(无NEGF)。 这些代码已被证明分别扩展到16,000多个核心。 该项目希望通过NEMO3D电子结构描述扩展NEMO1D的NEGF功能,以形成下一代工程工具包,OMEN。这项工作希望能够发现新技术,以更快地切换,较小的功能大小和减少热量生成。 新开关的创建有可能在2015年振兴半导体行业。现有的建模和仿真工具遵循了从宏观理解中缩小缩放的路径,而材料是平滑的连续性,电子是经典的颗粒。 在纳米尺度上,必须用离散的原子分辨率来描述材料,电子遵循量子力学,并且没有用于现实设备的工具。 该项目旨在构建这样的工具。 预兆将是通过nanohub.org发布的开源社区代码。 NEMO3D已经体现了预兆的预兆,高度可扩展的工具可以回答广泛的问题,涵盖了广泛的用户计算强度范围。 自发布以来,超过1,000个用户就使用了NEMO3D的教育版本。
项目成果
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