Chip Komputer 3D Baru Menggunakan Nanotech untuk Meningkatkan Daya Proses

0
191

Tipe baru chip chip komputer 3D dan sirkuit logika saling berhadapan, bukan berdampingan.
Kredit: MIT

Chip komputer 3D tipe baru yang menggabungkan dua teknologi nano mutakhir dapat secara dramatis meningkatkan kecepatan dan efisiensi energi prosesor, sebuah studi baru mengatakan.

Keripik hari ini memisahkan memori (yang menyimpan data) dan sirkuit logika (yang memproses data), dan data dibolak-balik antara dua komponen ini untuk melakukan operasi. Namun karena terbatasnya jumlah koneksi antara sirkuit memori dan logika, ini menjadi hambatan utama, terutama karena komputer diperkirakan akan menghadapi jumlah data yang terus meningkat.

Sebelumnya, pembatasan ini ditutupi oleh efek hukum Moore, yang mengatakan bahwa jumlah transistor yang dapat muat pada chip dua kali lipat setiap dua tahun, dengan peningkatan kinerja yang menyertainya. Tapi karena pembuat chip mencapai batas fisik mendasar tentang seberapa kecil transistor bisa mendapatkan, tren ini telah melambat. [10 Teknologi yang Akan Mengubah Hidup Anda]

Chip prototipe baru, yang dirancang oleh para insinyur dari Stanford University dan Massachusetts Institute of Technology, menangani kedua masalah tersebut secara bersamaan dengan memasang memori dan sirkuit logika di atas satu sama lain, dan bukan berdampingan.

Hal ini tidak hanya memanfaatkan ruang secara efisien, namun juga secara dramatis meningkatkan luas permukaan untuk koneksi antar komponen, kata periset. Sirkuit logika konvensional memiliki sejumlah pin pada setiap tepi yang digunakan untuk mentransfer data; Sebaliknya, para periset tidak dibatasi untuk menggunakan tepinya dan bisa dengan padat mengemas kabel vertikal yang mengalir dari lapisan logika ke lapisan memori.

“Dengan memori dan komputasi yang terpisah, sebuah chip hampir seperti dua kota yang sangat padat penduduknya, namun hanya ada sedikit jembatan di antara mereka,” kata pemimpin studi Subhasish Mitra, seorang profesor teknik elektro dan ilmu komputer di Stanford, kepada Live Science. “Sekarang, kita tidak hanya membawa kedua kota ini bersama – kita telah membangun lebih banyak jembatan sehingga lalu lintas bisa berjalan lebih efisien di antara mereka.”

Selain itu, para periset menggunakan sirkuit logika yang dibangun dari transistor nanotube karbon, bersamaan dengan teknologi baru yang disebut resistansi memori acak resistif (RRAM), yang keduanya lebih hemat energi daripada teknologi silikon. Hal ini penting karena energi yang sangat besar yang dibutuhkan untuk menjalankan pusat data merupakan tantangan besar lainnya yang dihadapi oleh perusahaan teknologi.

“Untuk mendapatkan peningkatan 1.000 kali lipat dalam kinerja komputasi dalam hal efisiensi energi, yang membuat segala sesuatunya berjalan dengan energi sangat rendah dan pada saat bersamaan membuat segala sesuatunya berjalan sangat cepat, inilah arsitektur yang Anda butuhkan,” kata Mitra.

Sementara kedua teknologi nano baru ini memiliki keunggulan yang melekat dibandingkan teknologi berbasis silikon konvensional, namun juga merupakan bagian integral dari arsitektur 3D chip baru tersebut, kata periset tersebut.

Alasan chip hari ini adalah 2D karena membuat transistor silikon fabrikasi ke sebuah chip memerlukan suhu lebih dari 1.800 derajat Fahrenheit (1.000 derajat Celsius), yang membuat lapisan silikon tidak selaras satu sama lain tanpa merusak lapisan bawah, kata periset tersebut. .

Tapi kedua transistor nanotube karbon dan RRAM dibuat lebih dingin dari 392 derajat F (200 derajat C), sehingga mudah dilapisi di atas silikon tanpa merusak sirkuit yang mendasarinya. Ini juga membuat pendekatan peneliti sesuai dengan teknologi pembuatan chip saat ini, kata mereka. [Mesin Super-Cerdas: 7 Robotic Futures]

Tumpukan banyak lapisan di atas satu sama lain berpotensi menyebabkan panas berlebih, kata Mitra, karena lapisan atas akan jauh dari heat sink di dasar chip. Tapi, lanjutnya, masalah itu seharusnya relatif mudah dilakukan insinyur, dan efisiensi energi yang meningkat dari teknologi baru ini berarti lebih sedikit panas dihasilkan di tempat pertama.

Untuk mendemonstrasikan manfaat disainnya, tim membuat prototipe detektor gas dengan menambahkan lapisan sensor berbasis nanotube karbon lainnya di atas chip tersebut. Integrasi vertikal berarti bahwa masing-masing sensor terhubung langsung ke sel RRAM, secara dramatis meningkatkan tingkat di mana data dapat diproses.

Data ini kemudian dipindahkan ke lapisan logika, yang menerapkan algoritma pembelajaran mesin yang memungkinkannya membedakan antara uap jus lemon, vodka dan bir.

Ini hanya sebuah demonstrasi, kata Mitra, dan chipnya sangat fleksibel dan sangat sesuai dengan jenis pendekatan jaringan syaraf yang berat dan mendalam yang mendukung teknologi kecerdasan buatan saat ini.

Jan Rabaey, seorang profesor teknik elektro dan ilmu komputer di University of California di Berkeley, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut, mengatakan bahwa dia setuju.

“Struktur ini mungkin sangat sesuai untuk paradigma komputasi berbasis pembelajaran alternatif seperti sistem yang diilhami otak dan jaring saraf dalam, dan pendekatan yang disajikan oleh penulis jelas merupakan langkah awal yang hebat ke arah itu,” katanya kepada MIT News.


Studi baru ini dipublikasikan online 5 Juli di jurnal Nature.