Egy új típusú 3D számítógépes chip, amely két csúcstechnológiát képviselő nanotechnológiát ötvöz, drámaian megnövelheti a processzorok sebességét és energiahatékonyságát - mondta egy új tanulmány.
A mai chipek külön tárolják a memóriát (amely tárolja az adatokat) és a logikai áramköröket (amelyek feldolgozzák az adatokat), és az adatokat a két elem között oda-vissza továbbítják a műveletek végrehajtásához. A memória és a logikai áramkörök közötti korlátozott számú kapcsolat miatt ez azonban komoly szűk keresztmetszetté válik, különösen azért, mert a számítógépek várhatóan folyamatosan növekvő adatmennyiséget fognak kezelni.
Korábban ezt a korlátozást elfedték Moore törvényének hatásaival, amely szerint a chipre illeszthető tranzisztorok száma kétévente megduplázódik, és ezzel együtt a teljesítmény növekedése is. Mivel azonban a chipgyártók alapvető fizikai korlátokat értek el abban, hogy a kis tranzisztorok hogyan juthatnak el, ez a tendencia lelassult.
Az új prototípus chip, amelyet a Stanford Egyetem és a Massachusetts Institute of Technology mérnökei terveztek, mindkét problémát egyidejűleg oldja meg úgy, hogy a memória és a logikai áramköröket egymás fölé helyezik, és nem egymás mellett.
Ez nemcsak a tér hatékony felhasználása, hanem drasztikusan megnöveli az összetevők közötti kapcsolatok felületét is - mondta a kutatók. Egy hagyományos logikai áramkörnek korlátozott számú csap van az egyes széleken, amelyeken keresztül adatot továbbíthat; ezzel szemben a kutatók nem korlátozódtak az élek használatára, és képesek voltak a logikai rétegről a memória rétegre futó függőleges vezetékek sűrű csomagolására.
"Külön memória és számítástechnika mellett a chipek szinte olyanok, mint két nagyon népes város, de nagyon kevés a hidak közöttük" - mondta a tanulmányvezető, Subhasish Mitra, a Stanford villamosmérnöki és informatikai professzora a Live Science-nek. "Most nemcsak összehoztuk ezt a két várost - még sok más hidat építettünk, hogy a forgalom sokkal hatékonyabban haladjon közöttük."
Ráadásul a kutatók szén nanocsövek tranzisztorokból épített logikai áramköröket, valamint egy ellenálló véletlenszerű hozzáférésű memóriának (RRAM) nevezett kialakuló technológiát használtak, amelyek mindkettő sokkal energiahatékonyabbak, mint a szilícium technológiák. Ez azért fontos, mert az adatközpontok működtetéséhez szükséges hatalmas energia egy másik jelentős kihívást jelent a technológiai társaságok előtt.
"Ahhoz, hogy a számítástechnika teljesítményének következő 1000-szeres javulását elérjük az energiahatékonyság szempontjából, ami nagyon alacsony energiamennyiséggel indítja a dolgokat, és ugyanakkor a dolgok valóban gyors futtatására is szükség van, ez az architektúra, amire szüksége van" - mondta Mitra.
Bár ezeknek az új nanotechnológiáknak eredendő előnyei vannak a hagyományos, szilícium-alapú technológiákkal szemben, ők is integráltak az új chip 3D architektúrájához - mondta a kutatók.
A mai chipek 2D-k miatt az a tény, hogy a szilícium-tranzisztorok chipre történő elhelyezéséhez 1800 fok (Fahrenheit) hőmérsékletet (1000 Celsius fok) meghaladó hőmérsékletet kell használni, ami lehetetlenné teszi a szilíciumáramkörök egymásra rakását anélkül, hogy az alsó réteg megsérülne. .
De mind a szén nanocsövek tranzisztorokat, mind az RRAM-t 392 F-nél (200 ° C) hűvösebb hőmérsékleten gyártják, így könnyen rétegezhetők a szilikon tetejére anélkül, hogy megrongálnák az alapul szolgáló áramkört. Ez a kutatók megközelítését összeegyeztethetővé teszi a jelenlegi forgácskészítési technológiával is.
Sok réteg egymásra helyezése potenciálisan túlmelegedéshez vezethet - mondta Mitra, mivel a felső rétegek messze vannak a forgács alapjának hőnyelőktől. De tette hozzá, hogy ennek a problémának viszonylag egyszerűnek kell lennie a mérnökök körében, és az új technológia megnövekedett energiahatékonysága azt jelenti, hogy kevesebb hőtermelés történik.
A tervezés előnyeinek demonstrálására a csapat egy prototípusos gázdetektorot épített fel egy újabb réteg szén nanocsöveken alapuló érzékelő hozzáadásával a forgács tetejére. A vertikális integráció azt jelentette, hogy ezen érzékelők mindegyike közvetlenül kapcsolódott egy RRAM cellához, drasztikusan megnövelve az adatok feldolgozásának sebességét.
Ezeket az adatokat átvitték a logikai rétegre, amely egy gépi tanulási algoritmust hajtott végre, amely lehetővé tette a citromlé, a vodka és a sör gőzök közötti különbséget.
Ez azonban csak demonstráció volt, mondta Mitra, és a chip nagyon sokoldalú, és különösen jól alkalmazható az adat nehéz, mély idegi hálózati megközelítésekhez, amelyek a jelenlegi mesterséges intelligencia technológiáját támasztják alá.
Jan Rabaey, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem villamosmérnöki és informatikai professzora, aki nem vett részt a kutatásban, azt mondta, hogy egyetért.
"Ezek a struktúrák különösen alkalmasak lehetnek alternatív, tanuláson alapuló számítási paradigmákra, például agyi ihletésű rendszerekre és mély ideghálókra. A szerzők által bemutatott megközelítés határozottan jó első lépés ebben az irányban" - mondta a MIT News.
