Нова врста 3Д рачунарског чипа која комбинује двије врхунске нанотехнологије могла би драматично повећати брзину и енергетску ефикасност процесора, наводи се у новом истраживању.
Данашњи чипови одвајају меморију (која чува податке) и логичке склопове (који процесирају податке), а подаци се премотавају напријед и назад између ове две компоненте да би извршили операције. Али због ограниченог броја веза између меморијских и логичких кола, ово постаје велико уско грло, посебно зато што се очекује да рачунари обрађују све веће количине података.
Раније су ово ограничење маскирали ефекти Моореовог закона, који каже да се број транзистора који могу стати на чип удвостручује сваке две године, уз пратеће повећање перформанси. Али како произвођачи чипова погађају основна физичка ограничења о томе како мали транзистори могу да добију, овај се тренд успорио.
Нови прототип чип који су осмислили инжењери са Универзитета Станфорд и Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи, оба проблема решава истовремено постављањем меморијских и логичких кругова један на другог, уместо један поред другог.
Не само што ово ефикасно користи простор, већ и драматично повећава површину за везе између компоненти, рекли су истраживачи. Уобичајени логички склоп имао би ограничен број игле на свакој ивици преко којих би се преносили подаци; за разлику од тога, истраживачи нису били ограничени на употребу ивица и били су у могућности да гомилају вертикалне жице које иду од логичког слоја до меморијског слоја.
"Са одвојеном меморијом и рачунањем, чип је готово као два веома насељена града, али постоји врло мало мостова између њих", изјавио је за Ливе Сциенце водитељ студије Субхасисх Митра, професор електротехнике и рачунарске науке на Станфорду. "Сада, нисмо само ова два града спојили - изградили смо много више мостова тако да саобраћај може ићи много ефикасније између њих."
Поврх тога, истраживачи су користили логичке склопове направљене од транзистора од угљеник-наноцевки, заједно са новом технологијом која се назива отпорна меморија са случајним приступом (РРАМ), која су много енергетски ефикаснија од силицијумових технологија. Ово је важно јер огромна енергија потребна за покретање дата центара представља још један велики изазов са којим се суочавају технолошке компаније.
"Да бисте постигли следеће хиљаду пута побољшање рачунарских перформанси у погледу енергетске ефикасности, што омогућава да се ствари покрећу на врло мало енергије и истовремено чине да се ствари одвијају веома брзо, ово је архитектура која вам је потребна", рекао је Митра.
Иако обе ове нанотехнологије имају својствене предности у односу на конвенционалну технологију засновану на силицијуму, оне су такође саставни део 3Д архитектуре новог чипа, рекли су истраживачи.
Разлог зашто је данашњи чип 2Д зато што за израду силицијумских транзистора на чипу су потребне температуре веће од 1800 степени Фаренхајта (1.000 степени Целзијуса), што онемогућава да се слојеви силицијума слоје један на други без оштећења доњег слоја, рекли су истраживачи .
Али, и транзистори угљеничне наноцевке и РРАМ су произведени на хладнијим од 200 степени Ф (39 ° Ц), тако да се лако могу наложити на врх силицијума, а да притом не оштете основни круг. То такође чини приступ истраживача компатибилним са садашњом технологијом за прављење чипова, рекли су.
Постављање многих слојева један на другог може потенцијално довести до прегревања, рекао је Митра, јер ће горњи слојеви бити далеко од топлотних одвода у дну чипа. Али, додао је, тај проблем би требало да буде релативно једноставан за инжењере, а повећана енергетска ефикасност нове технологије значи да се на првом месту ствара мање топлоте.
Како би показао предности свог дизајна, тим је направио прототип детектора гаса додавањем другог слоја сензора који се баве угљен-наноцевкама на врху чипа. Вертикална интеграција значила је да је сваки од ових сензора директно повезан са РРАМ ћелијом, драматично повећавајући брзину којом се подаци могу обрађивати.
Ти подаци су потом пренети у логички слој, који је имплементирао алгоритам машинског учења који му је омогућио разлику између испаравања лимуновог сока, вотке и пива.
Ово је, међутим, само демонстрација, рекао је Митра, а чип је врло свестран и посебно погодан за врсте података, тешке неуронске мрежне приступе који подупиру тренутну технологију вештачке интелигенције.
Јан Рабаеи, професор електротехнике и рачунарске науке на Калифорнијском универзитету у Берклију, који није био укључен у истраживање, рекао је да се слаже.
"Ове структуре могу бити посебно погодне за алтернативне рачунарске парадигме засноване на учењу, као што су системи инспирисани мозгом и дубоке неуронске мреже, а приступ који су аутори представили дефинитивно је одличан први корак у том смеру", рекао је он за МИТ Невс.
