Uuden sukupolven tietokonepiiri

Uuden sukupolven tietokonesiru, jonka kaksi toimintoa yhdistää logiikkaoperaatiot ja datan tallennuksen - yhdeksi arkkitehtuuriksi, mikä tasoittaa tietä tehokkaammille laitteille.

EPFL:n Laboratory of Nanoscale Electronics and Structuresin (LANES) insinöörit ovat kehittäneet seuraavan sukupolven piirin, joka mahdollistaa pienemmät, nopeammat ja energiatehokkaammat laitteet - joista olisi suuria etuja tekoälyjärjestelmille.

Heidän vallankumouksellinen tekniikkansa on ensimmäinen, joka käyttää 2D-materiaalia logic-in-memory -arkkitehtuuriin eli yhtenäiseen arkkitehtuuriin, jossa logiikkaoperaatiot yhdistetään muistitoimintoon.

Tähän asti tietokonepiirien energiatehokkuutta on rajoittanut von Neumann- arkkitehtuuri, jossa datan käsittely ja tallennus tapahtuu kahdessa erillisessä yksikössä. Tämä tarkoittaa, että tietoja on jatkuvasti siirrettävä kahden yksikön välillä, mikä kuluttaa huomattavan paljon aikaa ja energiaa.

Yhdistämällä nämä kaksi yksikköä yhdeksi rakenteeksi insinöörit voivat vähentää tehohävikkiä. Tämä on EPFL:ssä kehitetyn uuden sirun idea, vaikka se menee myös yhden askeleen pidemmälle nykyisiä logiikkamuistilaitteita. EPFL-siru on valmistettu 2D-materiaali MoS2:sta, joka koostuu yhdestä kerroksesta, jonka paksuus on vain kolme atomia. Se on myös erinomainen puolijohde.

LANES-insinöörit ovat jo muutamia vuosia tutkineet MoS2:n erityisominaisuuksia ja huomanneet, että se soveltuu erityisen hyvin elektroniikkasovelluksiin. Nyt tiimi on vienyt tutkimuksensa eteenpäin uuden sukupolven teknologiansa luomiseksi.

EPFL-siru perustuu kelluvien porttien kenttätransistoreihin (floating-gate field-effect transistors, FGFET). Näiden transistoreiden etuna on, että ne voivat pitää sähkövarauksia pitkiä aikoja; Niitä käytetään tyypillisesti kameroiden, älypuhelimien ja tietokoneiden flash-muistijärjestelmissä.

MoS2:n ainutlaatuiset sähköominaisuudet tekevät siitä erityisen herkän tallentaa varauksia FGFET:in, mikä mahdollisti LANES-insinöörien kehittää piirejä, jotka toimivat sekä muistin tallennusyksiköinä että ohjelmoitavina transistoreina. MoS2:n avulla he pystyivät sisällyttämään lukuisia prosessointitoimintoja yhteen piiriin ja muuttamaan niitä sitten halutulla tavalla.

"Tällainen piirien kyky suorittaa kaksi toimintoa on samanlainen kuin ihmisen aivojen toiminta, jossa neuronit osallistuvat sekä muistin tallentamiseen että henkisten laskelmien suorittamiseen", kertoo LANESin johtaja Andras Kis.

LANES-tutkimusryhmä on myös hankkinut syvällistä asiantuntemusta piirien valmistuksessa 2D-materiaaleista. "Teimme ensimmäisen sirumme kymmenen vuotta sitten käsin", Kis sanoo. "Mutta olemme sittemmin kehittäneet edistyneen valmistusprosessin, jonka avulla voimme yhdellä kertaa valmistaa vähintään 80 sirua joilla on hyvin hallittavat ominaisuudet."

Aiheesta aiemmin:

Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit

Muistin ja laskennan yhdistäminen

3D-siru yhdistää prosessoinnin ja muistin