664
3D мікрочіп, 1000 разів швидше, ніж існуючі
Вчені винайшли новий метод проектування та побудови комп’ютерних мікрочіпів, які можуть значно прискорити обробку даних принаймні 1,000 разів порівняно з існуючими процесорами. Цей метод заснований на матеріалі, який називається вуглецевими нанотрубками і дозволяє побудувати мікрочіп в трьох розмірах.
За даними Макса Шулакер, членом команди з проектування чіпів та кандидата на докторант з електротехніки в Університеті штату Каліфорнія, такий проект 3D значно економить простір в системі і збільшує швидкість обробки даних. Це досягається завдяки тому, що вчені зберігають пам'ять, яка зберігає всі дані і ущільнюють кількість процесора в мініатюрний простір.
Зменшення відстані між двома елементами може істотно прискорити час обробки команд на комп'ютері.
Фото Max Shalacker.
Удосконалено обчислювальні можливості комп’ютерних систем за останні 50 років. У зв'язку з можливістю безперервно знижувати транзистори кремнію і триразові перемикачі, які виконують логічні операції.
Згідно з Законом Мура, сире правило, сформульовано Гордоном Е. Муром у 1965 році, кількість послідовників кремнію на чіпі повинна подвійні кожні два роки. Що вірно, слідувати правилом далі, потрібно буде зменшити крихітні транзистори кремнію до 5 нанометрів. Але тут йде проблема – обмеження кремнію, яка становить 7 нанометрів (для порівняння – розмір волосся людини в середньому становить близько 100 нанометрів). Подальше зниження ваги призведе до того, що квантовий ефект частинок може знищити його функціонування. Відповідно, Закон Мури прийде до свого логічного кінця в найближчі десять років. Крім того, безперервно збільшуючи кількість транзисторів на чіпі не єдиний спосіб збільшити продуктивність системи.
Габаритний зображення
Трансистори на сучасних чіпах. (Фото приймається з електронним мікроскопом.)
За словами Шалакера, одна з головних перешкод у швидкості обробки даних комп'ютером є пам'яттю.
Обробка великих обсягів даних вимагає запиту на раніше невідомі дані, які ще не увійшли в кеш. У цьому випадку буде багато часу, щоб виконати новий запит. Запит на інформацію для обробки конкретної команди перейде до внутрішнього кешу самого процесора. Далі, після пошуку всіх рівнів кешу, відповідь прибуде, що немає хітів і ядро відправить запит на оперативну пам'ять. Після пошуку оперативної пам'яті, знову відповідь буде, що нічого не знайдено. І тільки тоді запит буде відправлений на диск HDD або SSD. У сигналі доведеться пройти через відносно товсті (для електронів) дроти, що надходять в постійний опір. Привіт, цей шлях занадто довгий і в цей період часу ядро вдалося закінчити обробку кілька разів.
Якщо ви зробили це замість вашого комп'ютера, 96% часу буде чекати. Також варто пам'ятати, що навіть коли процесор очікує на правильний посібник, щоб прибути, він все ще споживає електроенергію. В якості альтернативного рішення можна об'єднати процесор і пам'ять на одній пластині. Це просто не можливо розмістити ці два компоненти на одній пластині – силіконова вафле вимагає нагрівання в 1000 ° С, що призведе до розплавлення металевих елементів твердотільного диска або жорсткого диска.
Щоб отримати проблему різниці температур, команда в Університеті Stanford перетворила свою увагу на одновимірний вуглецевий матеріал, відкритий близько 10 років тому - нанотрубки вуглецю. Це розширені циліндричні, сітчасті структури вуглецевих атомів діаметром одного до декількох десятків нанометрів. Низькотемпературні можливості обробки стали запорукою вибору матеріалу для альтернативи кремнію. Температура обробки становить всього 200 ° С.
CNTs (карбонові нанотрубки) мають електричну провідність властивостей, що дорівнює силіконним перетворювачам, але їх електричними властивостями залежать від кута скручування площини хексагонального графіту. Таким чином, вчені зуміли досягти більшої провідності 5 замовлень величини.
Три приклади нанотрубок.
Якщо порівняти CNTs з силіконовими перетворювачами в рівних умовах і з рівною архітектурою, то нанотрубки будуть набагато швидше в продуктивності, в той час як менше енергії.
Однак нанотрубки ростуть хаотично і більше люблять спагетті, приготовані в чашці. Природно, цей варіант не підходить для виробництва чіпсів. Дослідники розробили метод вирощування CNT у вузьких пазах, що дає їм цілеспрямоване зростання. Але це не вирішило всіх проблем. В той час як 99,5% нанотрубок виростають в порядку, 5% не відмовляються рости по запланованому маршруту. З цієї ситуації був трохи несподіваним. Дірочки в області дефектних СНТ дозволяють працювати точно так само, як очікується, нейтралізуючи дефекти нанотрубків.
Нанотрубок зростання. (Фото приймається з електронним мікроскопом.)
Ще одна проблема прогнозувала руйнувати всю ідею. Хоча напівпровідність найбільш вирощених труб дорівнює силікону, відпочинок має провідність звичайного металу. На жаль, науковці були ускладнені прогнозування, які труби будуть дефектними. Ці кілька ЦНЗ знищили весь чіп. Але навіть тут було знайдено розчин – Шалакер і його колеги просто подають величезні імпульси напруги до чіпа. Таким чином, провідники виступають як запобіжники і вигорають під високою напругою. Є лише напівпровідники, що залишають на чіпі.
Ця команда вже побудувала комп'ютер CNT, але вона була повільною і громіздким з відносно кількома транзисторами. Процесор можна порівняти з потужністю до Intel 4004, випущеного в 1971 році. Перший процесор, заснований на нанотрубках, що містять 178 транзисторів, їх наближена довжина коливається від 10 до 200 нанометрів.
Max Shalacker, він має раніше виготовлену waffle з чіпсами на основі кремнію нанотрубків.
Тепер дослідники на чолі з Шалакером створили систему, щоб стекти пам'ять разом з поперечними шарами, з'єднуючи їх в крихітних шарах. Нова структура значно економить час запитів і, відповідно, час повної обробки команди. 1000 разів швидше аналогічних систем рівних показників. Використовуючи нову архітектуру, команда створила різні сенсорні пластини, які можуть виявити все від інфрачервоного світла до певних хімічних речовин в середовищі.
до Я написав статтю про альтернативу кремнію у вигляді напівпровідників на основі InGaAs. Ось ще один, у вигляді вуглецевих нанотрубок.
Які альтернативи кремнію як напівпровідник, ви знаєте? Що підходять для мікрочіпів майбутнього?
Джерело: geektimes.ru/company/ua-hosting/blog/263026/
За даними Макса Шулакер, членом команди з проектування чіпів та кандидата на докторант з електротехніки в Університеті штату Каліфорнія, такий проект 3D значно економить простір в системі і збільшує швидкість обробки даних. Це досягається завдяки тому, що вчені зберігають пам'ять, яка зберігає всі дані і ущільнюють кількість процесора в мініатюрний простір.
Зменшення відстані між двома елементами може істотно прискорити час обробки команд на комп'ютері.
Фото Max Shalacker.
Удосконалено обчислювальні можливості комп’ютерних систем за останні 50 років. У зв'язку з можливістю безперервно знижувати транзистори кремнію і триразові перемикачі, які виконують логічні операції.
Згідно з Законом Мура, сире правило, сформульовано Гордоном Е. Муром у 1965 році, кількість послідовників кремнію на чіпі повинна подвійні кожні два роки. Що вірно, слідувати правилом далі, потрібно буде зменшити крихітні транзистори кремнію до 5 нанометрів. Але тут йде проблема – обмеження кремнію, яка становить 7 нанометрів (для порівняння – розмір волосся людини в середньому становить близько 100 нанометрів). Подальше зниження ваги призведе до того, що квантовий ефект частинок може знищити його функціонування. Відповідно, Закон Мури прийде до свого логічного кінця в найближчі десять років. Крім того, безперервно збільшуючи кількість транзисторів на чіпі не єдиний спосіб збільшити продуктивність системи.
Габаритний зображенняТрансистори на сучасних чіпах. (Фото приймається з електронним мікроскопом.)
За словами Шалакера, одна з головних перешкод у швидкості обробки даних комп'ютером є пам'яттю.
Обробка великих обсягів даних вимагає запиту на раніше невідомі дані, які ще не увійшли в кеш. У цьому випадку буде багато часу, щоб виконати новий запит. Запит на інформацію для обробки конкретної команди перейде до внутрішнього кешу самого процесора. Далі, після пошуку всіх рівнів кешу, відповідь прибуде, що немає хітів і ядро відправить запит на оперативну пам'ять. Після пошуку оперативної пам'яті, знову відповідь буде, що нічого не знайдено. І тільки тоді запит буде відправлений на диск HDD або SSD. У сигналі доведеться пройти через відносно товсті (для електронів) дроти, що надходять в постійний опір. Привіт, цей шлях занадто довгий і в цей період часу ядро вдалося закінчити обробку кілька разів.
Якщо ви зробили це замість вашого комп'ютера, 96% часу буде чекати. Також варто пам'ятати, що навіть коли процесор очікує на правильний посібник, щоб прибути, він все ще споживає електроенергію. В якості альтернативного рішення можна об'єднати процесор і пам'ять на одній пластині. Це просто не можливо розмістити ці два компоненти на одній пластині – силіконова вафле вимагає нагрівання в 1000 ° С, що призведе до розплавлення металевих елементів твердотільного диска або жорсткого диска.
Щоб отримати проблему різниці температур, команда в Університеті Stanford перетворила свою увагу на одновимірний вуглецевий матеріал, відкритий близько 10 років тому - нанотрубки вуглецю. Це розширені циліндричні, сітчасті структури вуглецевих атомів діаметром одного до декількох десятків нанометрів. Низькотемпературні можливості обробки стали запорукою вибору матеріалу для альтернативи кремнію. Температура обробки становить всього 200 ° С.
CNTs (карбонові нанотрубки) мають електричну провідність властивостей, що дорівнює силіконним перетворювачам, але їх електричними властивостями залежать від кута скручування площини хексагонального графіту. Таким чином, вчені зуміли досягти більшої провідності 5 замовлень величини.
Три приклади нанотрубок.
Якщо порівняти CNTs з силіконовими перетворювачами в рівних умовах і з рівною архітектурою, то нанотрубки будуть набагато швидше в продуктивності, в той час як менше енергії.
Однак нанотрубки ростуть хаотично і більше люблять спагетті, приготовані в чашці. Природно, цей варіант не підходить для виробництва чіпсів. Дослідники розробили метод вирощування CNT у вузьких пазах, що дає їм цілеспрямоване зростання. Але це не вирішило всіх проблем. В той час як 99,5% нанотрубок виростають в порядку, 5% не відмовляються рости по запланованому маршруту. З цієї ситуації був трохи несподіваним. Дірочки в області дефектних СНТ дозволяють працювати точно так само, як очікується, нейтралізуючи дефекти нанотрубків.
Нанотрубок зростання. (Фото приймається з електронним мікроскопом.)
Ще одна проблема прогнозувала руйнувати всю ідею. Хоча напівпровідність найбільш вирощених труб дорівнює силікону, відпочинок має провідність звичайного металу. На жаль, науковці були ускладнені прогнозування, які труби будуть дефектними. Ці кілька ЦНЗ знищили весь чіп. Але навіть тут було знайдено розчин – Шалакер і його колеги просто подають величезні імпульси напруги до чіпа. Таким чином, провідники виступають як запобіжники і вигорають під високою напругою. Є лише напівпровідники, що залишають на чіпі.
Ця команда вже побудувала комп'ютер CNT, але вона була повільною і громіздким з відносно кількома транзисторами. Процесор можна порівняти з потужністю до Intel 4004, випущеного в 1971 році. Перший процесор, заснований на нанотрубках, що містять 178 транзисторів, їх наближена довжина коливається від 10 до 200 нанометрів.
Max Shalacker, він має раніше виготовлену waffle з чіпсами на основі кремнію нанотрубків.
Тепер дослідники на чолі з Шалакером створили систему, щоб стекти пам'ять разом з поперечними шарами, з'єднуючи їх в крихітних шарах. Нова структура значно економить час запитів і, відповідно, час повної обробки команди. 1000 разів швидше аналогічних систем рівних показників. Використовуючи нову архітектуру, команда створила різні сенсорні пластини, які можуть виявити все від інфрачервоного світла до певних хімічних речовин в середовищі.
до Я написав статтю про альтернативу кремнію у вигляді напівпровідників на основі InGaAs. Ось ще один, у вигляді вуглецевих нанотрубок.
Які альтернативи кремнію як напівпровідник, ви знаєте? Що підходять для мікрочіпів майбутнього?
Джерело: geektimes.ru/company/ua-hosting/blog/263026/
