Логика и данные на одном чипе

28 ноябрь, 2020 - 18:05Леонид Бараш

Это крупный прорыв в области электроники. Инженеры из Лаборатории наноразмерной электроники и структур EPFL (LANES) разработали схему нового поколения, которая позволяет создавать более компактные, быстрые и более энергоэффективные устройства, что принесет большие преимущества для систем искусственного интеллекта. Их революционная технология - первая, в которой 2D-материал используется для так называемой архитектуры logic-in-memory или единой архитектуры, сочетающей логические операции с функцией памяти. Результаты исследовательской группы опубликованы в журнале Nature.

До сих пор энергоэффективность компьютерных микросхем ограничивалась используемой в настоящее время архитектурой фон Неймана, в которой обработка и хранение данных выполняются в двух отдельных блоках. Это означает, что данные должны постоянно передаваться между двумя устройствами, что требует значительного количества времени и энергии.

Объединив два блока в единую конструкцию, инженеры могут уменьшить эти потери. Это идея нового чипа, разработанного в EPFL, хотя он на шаг выходит за рамки существующих устройств логики в памяти. Чип EPFL изготовлен из MoS2, который представляет собой 2D-материал, состоящий из одного слоя толщиной всего в три атома. К тому же это отличный полупроводник. Инженеры LANES уже изучили специфические свойства MoS2 несколько лет назад и обнаружили, что он особенно хорошо подходит для электронных приложений. Теперь команда продолжила это первоначальное исследование, чтобы создать технологию следующего поколения.

Микросхема EPFL основана на полевых транзисторах с плавающим затвором (FGFET). Преимущество этих транзисторов в том, что они могут удерживать электрические заряды в течение длительного времени. Они обычно используются в системах флэш-памяти для фотоаппаратов, смартфонов и компьютеров. Уникальные электрические свойства MoS2 делают его особенно чувствительным к зарядам, хранящимся в полевых транзисторах FGFET, что позволило инженерам LANES создать схемы, которые работают как в качестве запоминающих устройств, так и в качестве программируемых транзисторов. Используя MoS2, они смогли объединить многочисленные функции обработки в единую схему, а затем изменить их по своему желанию.

«Эта способность схем выполнять две функции аналогична тому, как работает человеческий мозг, где нейроны участвуют как в хранении воспоминаний, так и в проведении мысленных вычислений, - говорит Андраш Кис (Andras Kis), глава LANES. - Наша схема имеет несколько преимуществ. Она может снизить потери энергии, связанные с передачей данных между модулями памяти и процессорами, сократить время, необходимое для вычислительных операций, и уменьшить необходимое пространство. Это открывает двери для устройств меньшего размера, более мощных и более энергоэффективных».

Логика и данные на одном чипе

Инженеры EPFL разработали компьютерную микросхему, которая объединяет две функции - логические операции и хранение данных - в единую архитектуру, открывая путь к более эффективным устройствам. Их технология особенно перспективна для приложений, основанных на искусственном интеллекте