Nova vrsta 3D računalnog čipa koja kombinira dvije vrhunske nanotehnologije mogla bi dramatično povećati brzinu i energetsku učinkovitost procesora, navodi se u novom istraživanju.
Današnji čipovi odvajaju memoriju (koja pohranjuje podatke) i logičke sklopove (koji obrađuju podatke), a podaci se međusobno naprijed i natrag preklapaju između ovih dviju komponenti za obavljanje operacija. Ali zbog ograničenog broja veza između memorijskih i logičkih sklopova, to postaje veliko usko grlo, posebno zato što se očekuje da će se računala baviti sve većom količinom podataka.
Prije toga, ovo ograničenje bilo je prikriveno učincima Mooreovog zakona, koji kaže da se broj tranzistora koji mogu stati na čip udvostručuje svake dvije godine, uz popratno povećanje performansi. No kako proizvođači čipova dosežu osnovna fizička ograničenja o tome kako mali tranzistori mogu dobiti, ovaj se trend usporio.
Novi prototip čip koji su osmislili inženjeri sa Sveučilišta Stanford i Massachusetts Institute of Technology, oba problema rješava istodobno postavljanjem memorijskih i logičkih krugova jedan na drugi, umjesto jedan na drugi.
Ne samo što se na ovaj način efikasno koristi prostor, već i dramatično povećava površinu za veze između komponenata, rekli su istraživači. Uobičajeni logički sklop imao bi ograničen broj igara na svakom rubu preko kojih bi se mogli prenositi podaci; Nasuprot tome, istraživači nisu bili ograničeni na upotrebu rubova i bili su u mogućnosti da gusto spakiraju okomite žice koje idu od logičkog sloja do memorijskog sloja.
"S odvojenom memorijom i računanjem, čip je gotovo poput dva vrlo naseljena grada, ali između njih je vrlo malo mostova", rekao je za Live Science voditelj studije Subhasish Mitra, profesor elektrotehnike i računalnih znanosti na Stanfordu. "Sada, nismo samo ova dva grada spojili - izgradili smo mnogo više mostova kako bi promet mogao ići mnogo efikasnije između njih."
Povrh svega toga, istraživači su koristili logičke sklopove izgrađene od tranzistora ugljikove nanocjevčice, zajedno s novom tehnologijom koja se naziva otporna memorija s slučajnim pristupom (RRAM), a oba su energetski učinkovitija od silicijskih tehnologija. Ovo je važno jer je ogromna energija potrebna za pokretanje podatkovnih centara još jedan veliki izazov s kojim se suočavaju tehnološke tvrtke.
"Da bi se postiglo sljedeće 1000-godišnje poboljšanje računalnih performansi u pogledu energetske učinkovitosti, zbog čega se stvari odvijaju s vrlo malo energije i istodobno čine da se stvari odvijaju vrlo brzo, ovo je potrebna arhitektura", rekao je Mitra.
Iako obje ove nove nanotehnologije imaju svojstvene prednosti u odnosu na konvencionalnu tehnologiju koja se temelji na silicijumu, one su također sastavni dio 3D arhitekture novog čipa, rekli su istraživači.
Razlog zbog kojeg su današnji čipovi 2D je zato što za izradu silicijskih tranzistora na čipu trebaju temperature veće od 1800 stupnjeva Fahrenheita (1.000 Celzijevih stupnjeva), što onemogućuje sloj silicijskih krugova jedan na drugi bez oštećenja donjeg sloja, rekli su istraživači ,
No, i tranzistori ugljikove nanocjevčice i RRAM proizvedeni su na hladnijim od (200 stupnjeva C) nižim od 392 stupnjeva F, tako da se lako mogu naložiti na vrh silikona bez oštećenja na osnovnom krugu. To također čini pristup istraživača kompatibilan s trenutnom tehnologijom izrade čipova, rekli su.
Postavljanje mnogih slojeva jedan na drugi može potencijalno dovesti do pregrijavanja, rekao je Mitra, jer će gornji slojevi biti daleko od toplinskih potonuća u dnu čipa. Ali, dodao je, taj bi problem trebao biti relativno jednostavan za inženjere, a povećana energetska učinkovitost nove tehnologije znači da se u prvom redu stvara manje topline.
Kako bi pokazali prednosti svog dizajna, tim je izgradio prototip detektora plina dodavanjem još jednog sloja senzora temeljenih na ugljičnoj nanocjevci na vrhu čipa. Okomita integracija značila je da je svaki od tih senzora izravno povezan s RRAM ćelijom, dramatično povećavajući brzinu kojom se podaci mogu obrađivati.
Ti se podaci zatim prenesu u logički sloj, koji je implementirao algoritam strojnog učenja koji mu je omogućio razliku između isparavanja limunovog soka, votke i piva.
Ovo je samo demonstracija, rekao je Mitra, a čip je vrlo svestran i posebno dobro prilagođen vrstama pristupačnih, dubokih neuronskih mreža koji podržavaju trenutnu tehnologiju umjetne inteligencije.
Jan Rabaey, profesor elektrotehnike i informatike na Sveučilištu Kalifornija u Berkeleyu, koji nije bio uključen u istraživanje, rekao je da se slaže.
"Ove su strukture možda posebno prikladne za alternativne računske paradigme zasnovane na učenju, poput sustava nadahnutih mozgom i dubokih neuronskih mreža, a pristup koji su autori predstavili definitivno je odličan prvi korak u tom smjeru", rekao je on za MIT News.
