Microchip 3D, es 1.000 veces más rápido que el actual

Los científicos han inventado un nuevo método para el desarrollo y la creación de microchips de ordenador, lo que puede acelerar significativamente el procesamiento de al menos 1000 veces en comparación con la CPU existente. Esta técnica se basa en un material llamado nanotubos de carbono, y permite un microchip en tres dimensiones.





Según Max Shalakera (Max Shulaker), un miembro del equipo de diseñadores del chip y el candidato a un doctorado en ingeniería eléctrica de la Universidad de Stanford, California, un diseño 3D ahorra espacio en el sistema y aumenta la velocidad de procesamiento de datos. Esto se consigue por el hecho de que los científicos pueden contener una memoria que almacena datos y condensar el número de procesadores en un espacio en miniatura.

La reducción de la distancia entre los dos elementos puede a veces para acelerar el tiempo de procesamiento de unos comandos de la computadora.



Fotos de Max Shalakera.

lento progreso h5> capacidades computacionales de los sistemas informáticos en los últimos 50 años mejoraron constantemente. Esto es debido en gran parte a la capacidad de reducir continuamente los transistores de silicio y un interruptores de tres puntas está llevando a cabo operaciones lógicas.

De acuerdo con la Ley de Moore - una regla aproximada formulada por Gordon E. Moore (Gordon E. Moore) en 1965, el número de transistores en un chip de silicio debería duplicarse cada dos años. Lo que es cierto para el siguiente, además, una regla, es necesario reducir diminutos transistores de silicio de 5 nanómetros. Pero hay un problema - el límite de silicio, que es de 7 nanómetros (para la comparación - el valor de unos promedios de cabello humano alrededor de 100 000 nanómetros). La posterior reducción de la escala llevará a efecto de que la partícula cuántica puede destruir su funcionamiento. En consecuencia, la Ley de Moore llegará a su fin lógico en los próximos diez años. Además, un aumento infinito en el número de transistores en un chip - no es el único método para aumentar el rendimiento del sistema.



Los transistores en circuitos de hoy en día. (Foto por microscopio electrónico.)

problemas

Comunicación h5> Según Shalakera, uno de los principales obstáculos en la velocidad de procesamiento de la memoria del ordenador.

Procesamiento de grandes cantidades de datos requieren consulta a una información previamente desconocida que aún no se han introducido en la memoria caché. En tales casos, se necesita mucho tiempo para hacer una nueva solicitud. La solicitud de información para la elaboración de un equipo va a ir primero a la caché interna del procesador. Entonces, después de buscar todos los niveles de caché dado respuestas que resultado no es el núcleo envía una solicitud a la memoria RAM. Después de una búsqueda de la memoria, de nuevo, la respuesta vendrá, no se ha encontrado. Y sólo entonces la solicitud será enviada a la unidad de disco duro o SSD. La señal tendrá que pasar en el alambre relativamente gruesa (los electrones), la superación de la resistencia constante. De acuerdo, esto es demasiado tiempo y para el tiempo que el kernel ha logrado varias veces para completar el proceso.

Si realiza esta consulta en lugar de su PC, entonces el 96% de las veces era esperar. También vale la pena recordar que, aun cuando la CPU está esperando el manual deseado, todavía consume energía. Alternativamente, la oferta puede combinarse CPU y la memoria en una sola oblea. Eso sí, no llegar a colocar estos dos componentes en el mismo plato - oblea de silicio requiere calentamiento de 1.000 <sup>a sup> C, provocando la fusión de los elementos metálicos de unidad de estado sólido o disco duro.

nanotubos</sup>

Carbon h5> Para solucionar el problema con una diferencia de temperatura, el equipo de la Universidad de Stanford dirigió su atención a abrir hace unos 10 años, de una dimensión material de carbono - nanotubos de carbono. It - extendió estructura de malla cilíndrica de los átomos de carbono de diámetro de una a varias decenas de nanómetros. Capacidades de procesamiento a baja temperatura han sido claves en la selección del material para una alternativa al silicio. La temperatura de procesamiento de tan sólo 200 <sup>a sup> C.

CNT (nanotubos de carbono) tienen las propiedades de conductividad eléctrica igual a los transistores de silicio, pero sus propiedades eléctricas dependen del ángulo de torsión hexagonal plano de grafito. Por lo tanto, los científicos fueron capaces de lograr una mayor conductividad de 5 órdenes de magnitud.



Tres ejemplos de nanotubos.

Cuando se compara con los transistores de silicio CNT en las mismas condiciones y con la misma arquitectura, el concepto de dispositivo, los nanotubos son rendimiento significativamente más rápido, mientras que consume menos energía.

Sin embargo nanotubos crecen al azar y más como una taza de cocido espaguetis. Naturalmente, esto no es una opción para la producción de microchips. Los investigadores han desarrollado un método de cultivo de los CNT en ranuras estrechas, dándole un crecimiento propósito. Pero eso no resuelve todos los problemas. Mientras que los 99, 5% nanotubos crecen ordenados, 5% obstinadamente se niegan crecer ruta planificada. Fuera de esta situación fue un poco inesperado. Los agujeros en el área de CNTs defectuosos permiten el chip funcione exactamente como se esperaba, la neutralización de los defectos de crecimiento de los nanotubos.



El crecimiento de los nanotubos. (Foto por microscopio electrónico.)

Otro problema surgió profetizado para destruir toda la idea. Aunque la mayoría de semiconductividad tubos cultivados es de silicio, y el resto tiene una conductividad de metal convencional. Por desgracia, los científicos han encontrado que es difícil predecir que los tubos son defectuosos. Estos pocos CNT podría destruir todo el chip. Pero aquí, hemos encontrado una solución - Shalaker y sus colegas simplemente se declaró en impulsos de tensión de chips enormes. Por lo tanto, los conductores eran tan fusible fundido por el alto voltaje. Y sólo había semiconductores de chips.

Este equipo ya ha creado una CNT basado en computadora, pero era lento y engorroso con un número relativamente pequeño de transistores. El procesador del dispositivo es comparable en potencia a la Intel 4004, lanzado en 1971. Los primeros nanotubos basados ​​en el procesador comprende transistor 178 y su longitud aproximada variaron de 10 a 200 nanómetros.



Max Shalaker en sus manos produjo a principios de oblea con chips basados ​​en nanotubos de silicio.

Ahora, los investigadores dirigidos por Shalakerom crearon un sistema para apilar memoria junto con las capas de transistores, conectándolos con pequeñas capas. La nueva estructura ahorra tiempo y peticiones, respectivamente, al procesar completamente el comando. En 1000 veces más rápido que los sistemas similares de igual capacidad. El uso de la nueva arquitectura, el equipo creó un conjunto de placas de sensores que detectan todo - de luz infrarroja para ciertos productos químicos en el medio ambiente.

Anteriormente, escribí un artículo acerca de una alternativa al silicio como InGaAs . Aquí hay otro, en forma de nanotubos de carbono.
¿Y qué alternativa al silicio como semiconductor, ¿sabes? ¿Cuál de ellos son adecuados para los microchips del futuro?

Fuente: geektimes.ru/company/ua-hosting/blog/263026/</sup>