Иновативният чип обединява функции за съхранение и обработка на данните
(снимка: EFPL / LANES)
Компютърни инженери разработиха чип, който съчетава две функции – логически операции и съхранение на данни – в една архитектура, проправяйки пътя за създаване на по-ефективни електронни устройства. Технологията е особено обещаваща за приложения, които разчитат на изкуствен интелект.
Разработката на екипа от Лабораторията по електроника и структури с наноразмери (LANES) към Швейцарския федерален технологичен институт (EPFL) се счита за голям пробив в областта на електрониката, тъй като позволява създаване на по-малки, по-бързи и енергийно-ефективни устройства, което ще е от полза за системите с изкуствен интелект.
Революционна технология е първата, която използва 2D материал за т.нар. „архитектура с логика в паметта” – или единична архитектура, комбинираща логически операции с функция на памет.
Енергийната ефективност на сегашните компютърни чипове е ограничена от архитектурата на фон Нойман. При нея обработката на данните и съхранението им се извършват в два отделни блока. Това означава, че данните трябва постоянно да се прехвърлят между двата блока, което е свързано с изразходване на време и енергия.
Чрез комбиниране на двата блока в една структура, загубите на време и енергия могат да се намалят. Именно това е идеята на новия чип, разработен в EPFL, въпреки че той отива една стъпка отвъд съществуващите устройства с архитектура „логика в паметта”.
„Двуглавият” чип на EPFL е направен от MoS2 – 2D материал, състоящ се един слой с дебелина само три атома. Освен това този материал е отличен полупроводник. Инженерите на LANES проучили специфичните свойства на MoS2 преди няколко години и установяват, че той е особено подходящ за приложения в електрониката. Сега екипът продължава първоначалното си изследване, за да създаде технология от следващо поколение.
Новият чип е базиран на транзистори от типа FGFET (floating-gate field-effect transistors). Тяхното предимство е, че могат да задържат електрически заряди за дълги периоди и обикновено се използват във флаш памети за камери, смартфони и компютри.
Уникалните електрически свойства на MoS2 го правят особено чувствителен към зарядите, съхранявани във FGFET, и това е позволило на инженерите от LANES да разработят схеми, които функционират както като памет, така и като програмируеми транзистори. Използвайки MoS2, те са успели да включат множество функции за обработка в една схема и след това да ги променят по желание.
„Тази способност на схемата да изпълнява две функции е подобна на това как работи човешкият мозък, където невроните участват както в съхраняването на спомени, така и в извършването на умствени изчисления”, казва Андраш Кис, ръководител на LANES.
„Нашият дизайн има няколко предимства. Той може да намали загубата на енергия, свързана с прехвърляне на данни между блоковете памет и процесорите, да намали времето, необходимо за изчислителни операции, и да намали необходимото пространство. Това отваря вратата към устройства, които са по-малки, по-мощни и по-енергийно ефективни”, допълва Кис.
Изследователският екип на LANES също така е придобил задълбочен опит в изработването на схеми от 2D материали. „Направихме първия си чип преди десет години на ръка”, казва Кис. „Но оттогава разработихме усъвършенстван производствен процес, който ни позволява да произвеждаме 80 или повече чипа наведнъж, с добре контролирани свойства”.