Un nou tip de cip 3D computer care combină două nanotehnologii de vârf ar putea crește dramatic viteza și eficiența energetică a procesoarelor, a spus un nou studiu.
Chipurile de astăzi separă memoria (care stochează datele) și circuitele logice (care prelucrează datele), iar datele sunt schimbate înainte și înapoi între aceste două componente pentru a efectua operațiuni. Dar, datorită numărului limitat de conexiuni între circuitele de memorie și logică, acest lucru devine un blocaj major, în special deoarece computerele trebuie să se ocupe de cantități din ce în ce mai mari de date.
Anterior, această limitare a fost mascată de efectele legii lui Moore, care spune că numărul tranzistorilor care se pot încadra pe un chip se dublează la fiecare doi ani, cu o creștere a performanței însoțitoare. Dar, pe măsură ce producătorii de cipuri ating limitele fizice fundamentale ale modului în care tranzistorii mici pot obține, această tendință a încetinit.
Noul cip de prototip, proiectat de ingineri de la Universitatea Stanford și Institutul de Tehnologie din Massachusetts, abordează ambele probleme simultan, așezând circuite de memorie și logică una peste alta, mai degrabă decât una lângă alta.
Nu numai că acest lucru face utilizarea eficientă a spațiului, dar, de asemenea, crește dramatic suprafața pentru conexiunile dintre componente, au spus cercetătorii. Un circuit logic convențional ar avea un număr limitat de pini pe fiecare muchie prin care să transfere date; prin contrast, cercetătorii nu s-au restricționat la utilizarea marginilor și au fost capabili să împacheteze dens fire verticale care merg de la stratul logic la stratul de memorie.
"Cu memorie separată și calcul, un cip este aproape ca două orașe foarte populate, dar există foarte puține punți între ele", a declarat pentru Live Science, liderul studiului Subhasish Mitra, profesor de inginerie electrică și informatică la Stanford. "Acum, nu am adus doar aceste două orașe - am construit multe alte poduri, astfel încât traficul să poată merge mult mai eficient între ele."
În plus, cercetătorii au utilizat circuite logice construite din tranzistoare de nanotuburi de carbon, împreună cu o tehnologie emergentă numită memorie rezistentă cu acces aleatoriu (RRAM), ambele fiind mult mai eficiente din punct de vedere energetic decât tehnologiile cu siliciu. Acest lucru este important deoarece energia uriașă necesară pentru administrarea centrelor de date constituie o altă provocare majoră cu care se confruntă companiile de tehnologie.
"Pentru a obține următoarea îmbunătățire de 1.000 de ori a performanței de calcul în termeni de eficiență energetică, ceea ce face ca lucrurile să funcționeze la o energie foarte mică și, în același timp, să facă lucrurile să funcționeze cu adevărat rapid, aceasta este arhitectura de care aveți nevoie", a spus Mitra.
În timp ce ambele aceste noi nanotehnologii au avantaje inerente față de tehnologia convențională, bazată pe siliciu, ele sunt, de asemenea, parte integrantă a arhitecturii 3D a noului cip, au spus cercetătorii.
Motivul pentru care cipurile de astăzi sunt 2D este că fabricarea tranzistoarelor de siliciu pe un cip necesită temperaturi mai mari de 1.800 de grade Fahrenheit (1.000 de grade Celsius), ceea ce face imposibilă stratarea circuitelor de siliciu una peste alta fără a deteriora stratul de jos, au spus cercetătorii .
Dar atât tranzistoarele de nanotub de carbon, cât și RRAM sunt fabricate la o temperatură mai rece de 392 grade F (200 grade C), astfel încât acestea pot fi ușor stratificate pe siliciu fără a deteriora circuitele subiacente. Acest lucru face ca abordarea cercetătorilor să fie compatibilă cu tehnologia actuală de fabricare a cipurilor, au spus ei.
Stivuirea multor straturi una peste alta ar putea duce la supraîncălzire, a spus Mitra, deoarece straturile superioare vor fi departe de scufundările de căldură de la baza cipului. Dar, a adăugat el, această problemă ar trebui să fie relativ simplă din punct de vedere al ingineriei, iar eficiența energetică crescută a noii tehnologii înseamnă că în primul rând este generată mai puțină căldură.
Pentru a demonstra avantajele proiectării sale, echipa a construit un detector de gaz prototip prin adăugarea unui alt strat de senzori pe bază de nanotub de carbon pe partea de sus a cipului. Integrarea verticală a însemnat că fiecare dintre acești senzori a fost conectat direct la o celulă RRAM, crescând dramatic rata la care datele pot fi procesate.
Aceste date au fost apoi transferate în stratul logic, care a implementat un algoritm de învățare automată care i-a permis să distingă între vaporii de suc de lămâie, vodcă și bere.
Aceasta a fost doar o demonstrație, a spus Mitra, iar cipul este extrem de versatil și deosebit de bine adaptat tipului de abordări de rețele neuronale profunde, greu de date, care stau la baza tehnologiei actuale de inteligență artificială.
Jan Rabaey, profesor de inginerie electrică și informatică la Universitatea California din Berkeley, care nu a fost implicat în cercetare, a declarat că este de acord.
„Aceste structuri pot fi potrivite în special pentru paradigme de calcul alternative bazate pe învățare, cum ar fi sistemele inspirate din creier și rețele neuronale profunde, iar abordarea prezentată de autori este cu siguranță un prim prim pas în această direcție”, a declarat MIT News.
