Энергия, сжатая в атомах: Швейцарские ученые объединили процессор с памятью
Изготовленный с использованием дисульфида молибдена процессор имеет более 1000 транзисторов и работает в двух измерениях.
Исследователи из Лаборатории наноразмерной электроники и структур (LANES) Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии разработали первый в мире крупномасштабный процессор оперативной памяти, говорится в пресс-релизе университета . Целью создания процессора является переосмысление использования энергии при обработке данных, чтобы сделать ее энергоэффективной.
Современные системы информационных технологий хорошо известны тем, что производят большое количество тепла. Снижение объемов тепла является более эффективным способом использования энергии, что также поможет миру сократить выбросы углекислого газа. Чтобы свести к минимуму это нежелательное тепло, необходимо обратиться к корню проблемы — архитектуре фон Неймана.
Современная вычислительная архитектура отделяет центр обработки информации от центров хранения, и большая часть энергии тратится на пересылку байтов информации между памятью и процессором. Впервые описанная Джоном фон Нейманом и его командой в 1945 году, эта архитектура имела смысл в мире, где устройства хранения и обработки данных были разделены.
Процессор в памяти
В условиях традиционного физического разделения компонентов, процессоры сталкиваются с необходимостью принимать данные до начала вычислений. Этот процесс включает перемещение электрических зарядов, а также зарядку и разрядку конденсаторов, что ведет к образованию транзитных токов. В результате происходит рассеивание энергии, основным образом в виде тепла, что является значительным ограничением в эффективности процессоров.
Команда из EPFL работает над передовым инновационным решением – процессором в памяти. Этот процессор способен выполнять двойную функцию: хранение и обработка данных. В рамках исследований, ученые отказались от традиционного использования кремния в пользу дисульфида молибдена (MoS2), материала с уникальными полупроводниковыми свойствами.
Ключевым преимуществом MoS2 является его способность формировать ультратонкие монослои, толщиной всего в три атома, обладающие слабым взаимодействием с окружающей средой. Интересный факт: исследователи смогли создать однотранзисторный монослой, используя обычный скотч. Благодаря этой тонкой структуре, MoS2 открывает возможности для создания исключительно компактных устройств в двухмерном (2D) формате, что представляет собой значительный прорыв в области микроэлектроники.
Крупногабаритный транзистор
Исследовательская группа LANES достигла значительного прогресса, разработав уникальный крупногабаритный транзистор, который включает в себя 1024 элемента. Этот чип размером всего один на один сантиметр включает компоненты, каждый из которых выполняет функции транзистора и плавающего затвора, хранящего заряд для управления проводимостью каждого транзистора.В этой работе исследователи фундаментально изменили способ, которым процессоры выполняют вычисления, и продемонстрировали работу своей конструкции, выполняя умножение векторных матриц за один шаг.
Решающий вклад в достижение внесли процессы, которые команда использовала для создания процессоров. За последние 13 лет команда добилась возможности производить целые пластины, покрытые однородными слоями MoS 2 . «Это позволяет нам использовать стандартные отраслевые инструменты для проектирования интегральных схем на компьютере и воплощать эти конструкции в физические схемы, открывая двери для массового производства», — сказал в пресс-релизе Андраш Кис, профессор электротехники в EPFL.
Исследователи также рассматривают эту новую архитектуру как способ возродить производство электроники в Европе. Вместо того, чтобы пытаться конкурировать в производстве кремниевых пластин, исследователи полагают, что их исследования прокладывают путь к архитектуре обработки, отличной от фон Неймана, которая будет использоваться в будущих приложениях, таких как искусственный интеллект.Ваша приватность умирает красиво, но мы можем спасти её.