新型3D电脑芯片采用纳米技术提升处理能力
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发布时间：2023-05-04 15:09
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时间：2023-10-31 14:04
一种结合了两种尖端纳米技术的新型3D计算机芯片可以显著提高处理器的速度和能效，一项新的研究称，
如今的芯片将存储（存储数据）和逻辑电路（处理数据）分开，数据在这些芯片之间来回穿梭执行操作的两个组件。但是，由于存储器和逻辑电路之间的连接数量有限，这正成为一个主要的瓶颈，特别是因为计算机预计要处理不断增加的数据量。
以前，这个*被摩尔定律的影响所掩盖，摩尔定律说，可以安装在芯片每两年翻一番，性能随之提高。但随着芯片制造商在小型晶体管的生产上达到了基本的物理极限，这一趋势已经放缓。[10项将改变你生活的技术]
由斯坦福大学和麻省理工学院的工程师设计的新原型芯片，通过将内存和逻辑电路层层叠加，同时解决了这两个问题，研究人员说：
不仅有效地利用了空间，而且极大地增加了组件之间连接的表面积。传统的逻辑电路在每一条边上都有有限数量的管脚来传输数据；相比之下，研究人员并不局限于使用边，而是能够密集地将从逻辑层到存储层的垂直线打包。
“具有独立的存储和计算能力，“一个芯片几乎就像两个人口众多的城市，但它们之间几乎没有桥梁，”斯坦福大学电气工程和计算机科学教授Subhasish Mitra告诉《生活科学》现在，我们不仅把这两个城市结合在一起，我们还建造了更多的桥梁，使交通能够更有效地在它们之间通行。
除此之外，研究人员还使用了由碳纳米管晶体管构成的逻辑电路，以及一种叫做电阻随机存取存储器（RRAM）的新兴技术，这两种技术都是由碳纳米管晶体管构成的比硅技术更节能。这一点很重要，因为运行数据中心所需的巨大能量构成了技术公司面临的另一个重大挑战。
“以实现计算性能在能效方面的下一个1000倍提高，即使事物以非常低的能量运行，同时使事物运行得非常快，“这就是你需要的架构，”Mitra说，
虽然这两种新的纳米技术都比传统的硅基技术具有固有的优势，但它们也是新芯片的3D架构不可或缺的一部分，研究人员说：
现在的芯片是二维的，因为在芯片上制造硅晶体管需要1800华氏度（1000摄氏度）以上的温度，这使得在不损坏底层的情况下，不可能将硅电路层叠在一起，研究人员说：
但是碳纳米管晶体管和RRAM都是在低于392华氏度（200摄氏度）的温度下制造的，因此它们可以很容易地在硅上分层，而不会损坏底层电路。他们说，这也使得研究人员的方法与目前的芯片制造技术兼容。[超级智能机器：7个机器人未来]
将多层堆叠在一起可能导致过热，Mitra说，因为顶层离芯片底部的散热片很远。但是，他补充说，这个问题对工程师来说应该相对简单，新技术提高的能源效率意味着首先产生的热量更少考虑到其设计的好处，该团队在芯片顶部添加了另一层基于碳纳米管的传感器，从而构建了一个原型气体探测器。垂直集成意味着这些传感器中的每一个都直接连接到一个RRAM单元，大大提高了数据处理的速度。
然后将这些数据传输到逻辑层，逻辑层正在实现一种机器学习算法，使其能够区分柠檬汁的蒸汽，伏特加和啤酒。
这只是一个演示，不过，米特拉说，这个芯片是高度通用的，特别适合于支持当前人工智能技术的数据量大、深度神经网络方法。
简·拉巴伊，加州大学伯克利分校（University of California at Berkeley）一位没有参与这项研究的电气工程和计算机科学教授表示同意。
“这些结构可能特别适合于基于学习的计算范式，如大脑激发系统和深神经网络，他告诉麻省理工学院新闻，“作者提出的方法无疑是朝着这个方向迈出的伟大的第一步。”
这项新的研究发表在7月5日的《自然》杂志的网络版上。
是关于生命科学的原始文章。“
