China revoluciona chips com transistor 2D sem Silício: mais rápido e eficiente que Intel e TSMC

A Universidade de Pequim acaba de anunciar um dos avanços mais impressionantes da história dos semicondutores: um transistor gate-all-around (GAAFET) baseado em um material 2D de Bismuto, que promete ser o mais rápido e eficiente já desenvolvido.

Segundo os pesquisadores, essa nova tecnologia é capaz de operar 40% mais rápido e consumir 10% menos energia do que os chips de 3nm das líderes do setor, Intel e TSMC.

O desenvolvimento é um marco histórico para a China, que enfrenta restrições no acesso a tecnologias avançadas de litografia devido às sanções comerciais impostas pelos EUA.

O projeto, publicado na mais prestigiada revista de pesquisa científica Nature, evidencia que, em vez de apenas seguir a tendência atual da miniaturização baseada no Silício, os cientistas chineses estão literalmente “mudando de faixa” para um novo paradigma de transistores.

Se a inovação nos chips baseada em materiais existentes é um ‘atalho’, então nosso desenvolvimento de transistores baseados em materiais 2D é como ‘trocar de pista’ completamente

Professor Hailin Peng, líder do estudo

O que é um transistor GAAFET e por que ele vai mudar o mundo?

Os transistores são a base de qualquer chip, sendo responsáveis por controlar o fluxo de corrente, e processar informações.

A evolução desse componente passou por diferentes arquiteturas ao longo das últimas décadas, como os MOSFETs (transistores de efeito de campo de óxido de metal) e os FinFETs, que melhoraram o controle do fluxo de elétrons ao adicionar mais superfícies de contato entre o canal condutor e a porta.

O GAAFET (“Gate-All-Around Field Effect Transistor”) é a próxima geração dessa tecnologia. Diferentemente do FinFET, onde a porta envolve o canal de três lados, no GAAFET a porta envolve completamente o canal, melhorando o controle elétrico e reduzindo os vazamentos de corrente. O modelo já está sendo adotado por fabricantes como Samsung, Intel e TSMC para chips de 3nm e abaixo.

A grande diferença da proposta chinesa é a utilização de materiais 2D no lugar do Silício, permitindo um desempenho muito superior.

Característica	MOSFET	FinFET	GAAFET (Gate-All-Around)
Estrutura	Canal plano com controle em uma face	Canal em forma de “barbatana” cercado por 3 lados pela porta	Canal envolvido completamente pela porta
Controle do Canal	Fraco (somente uma face do canal)	Médio (três lados do canal)	Excelente (controle total em torno do canal)
Escalabilidade	Limitada a ~20nm	Funciona bem até ~5nm	Ideal para <3nm e escala sub-1nm
Vazamento de Corrente	Alto	Reduzido	Mínimo devido ao controle total
Eficiência Energética	Baixa	Boa	Excelente, pois opera com menor voltagem
Densidade de Transistores	Menor densidade devido ao design 2D	Melhor que MOSFET, mas ainda limitado	Maior densidade devido à estrutura empilhável
Uso na Indústria	Chips antigos e tecnologias menos exigentes	Chips de 7nm a 3nm (Intel, TSMC, Samsung)	Chips de 3nm e abaixo (próxima geração)
Vantagem Principal	Simplicidade e custo menor	Melhor controle e menor vazamento	Melhor desempenho e eficiência energética

A revolução do Bismuto: por que abandonar o Silício?

O grande diferencial do transistor chinês é seu material base: o Bi₂O₂Se (Bismuto oxisseleneto). Materiais 2D como esse são considerados o futuro da eletrônica, pois oferecem:

• Maior flexibilidade e resistência em escalas nanométricas
• Menor perda de desempenho em dimensões sub-1nm
• Maior eficiência energética em baixas voltagens

Enquanto o Silício encontra desafios físicos ao ser reduzido para escalas abaixo de 10nm, materiais como Bi₂O₂Se mantêm alta mobilidade eletrônica, entregando melhor condução e menor gasto de energia.

Por isso, a criação de um transistor funcional sem Silício pode representar uma mudança radical na indústria. Atualmente, China, EUA, Taiwan e Coreia do Sul disputam o domínio da produção de semicondutores, mas as restrições de acesso da China a equipamentos avançados, como as máquinas de litografia EUV, dificultam sua entrada no mercado de chips de ponta.

Com essa descoberta, Pequim pode pular etapas e evitar completamente a necessidade de tecnologias ocidentais, criando um novo mercado de chips baseados em materiais alternativos.

Além disso, os cientistas chineses demonstraram que seu transistor pode ser empilhado em múltiplas camadas sem comprometer a eficiência, facilitando a criação de circuitos monolíticos 3D extremamente compactos e poderosos.

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Um salto na corrida dos semicondutores: o futuro está nos materiais 2D?

Embora ainda seja cedo para sequer decretar a derrota do Silício, a pesquisa da Universidade de Pequim mostra que a indústria de semicondutores pode estar prestes a passar por uma revolução sem precedentes.

Com uma abordagem totalmente nova, a China busca não somente superar as limitações atuais, mas definir o futuro da tecnologia de chips e tomar a liderança rapidamente.

Se a pesquisa continuar evoluindo e puder ser aplicada à produção em massa, poderemos estar testemunhando o nascimento de uma nova era para os semicondutores — e o Bismuto pode se tornar o novo padrão da indústria.

Fonte: Nature