Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες είναι ο τεράστιος παραγόμενος όγκος δεδομένων που πρέπει να επεξεργάζεται η τεχνητή νοημοσύνη που βρίσκει εφαρμογές σε όλο και περισσότερους τομείς της ζωής μας, σε τομείς από την αυτόνομη οδήγηση μέχρι την εξατομικευμένη ιατρική….
Όταν ο όγκος των δεδομένων φτάνει σε τεράστιες αναλογίες, η ικανότητα των τσιπ υπολογιστών να τον επεξεργαστούν παρουσιάζει στασιμότητα και φτάνουν στα όριά τους. Τώρα, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Stanford και του MIT έχουν δημιουργήσει ένα νέο 3D τσιπ για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Nature , από τον Max Shulaker, βοηθό καθηγητή Ηλεκτρολόγου Μηχανικού και Πληροφορικής στο MIT. Οι υπολογιστές σήμερα περιλαμβάνουν διαφορετικά τσιπ που αλληλοκαλύπτονται μεταξύ τους. Υπάρχει ένα τσιπ για υπολογιστές και ένα ξεχωριστό τσιπ για αποθήκευση δεδομένων και οι συνδέσεις μεταξύ των δύο είναι περιορισμένες.
Καθώς οι εφαρμογές αναλύουν ολοένα και πιο τεράστιους όγκους δεδομένων, ο περιορισμένος ρυθμός με τον οποίο τα δεδομένα μπορούν να μετακινούνται μεταξύ διαφορετικών τσιπ δημιουργεί μια κρίσιμη “συμφόρηση” επικοινωνίας. Ακόμα οι υποστηριζόμενες συσκευές, τρανζίστορ από πυρίτιο, δεν βελτιώνονται πλέον με τον ιστορικό ρυθμό που έχουν εδώ και δεκαετίες.
Το νέο πρωτότυπο τσιπ είναι μια ριζική αλλαγή από τα σημερινά. Χρησιμοποιεί πολλές νανοτεχνολογίες, μαζί με μια νέα αρχιτεκτονική υπολογιστών, για να αντιστρέψει και τις δύο αυτές τάσεις.
Αντί να βασίζεται σε συσκευές με βάση το πυρίτιο, το τσιπ χρησιμοποιεί νανοσωληνάρια άνθρακα, τα οποία είναι φύλλα 2D γραφένιου που σχηματίζονται σε νανοκυλίνδρους, και αντιστατικά “πυρήνες” μνήμης τυχαίας προσπέλασης (RRAM), έναν τύπο μη πτητικής μνήμης που λειτουργεί με αλλαγή της αντίστασης. Δηλαδή ένα στερεό διηλεκτρικό υλικό.
Οι ερευνητές ολοκλήρωσαν πάνω από 1 εκατομμύριο “πυρήνες” RRAM και 2 εκατομμύρια τρανζίστορ με νανοσωλήνες άνθρακα, καθιστώντας το πιο σύνθετο νανοηλεκτρονικό σύστημα που έγινε ποτέ με τις αναδυόμενες νανοτεχνολογίες.
Ωστόσο, μια τέτοια αρχιτεκτονική δεν είναι δυνατή με την υπάρχουσα τεχνολογία με βάση το πυρίτιο. Και αυτό διότι “τα κυκλώματα σήμερα είναι 2-D, καθώς η κατασκευή συμβατικών τρανζίστορ πυριτίου περιλαμβάνει εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 1.000 βαθμούς Κελσίου”, λέει ο Shulaker. “Αν στη συνέχεια δημιουργήσετε ένα δεύτερο στρώμα κυκλωμάτων πυριτίου στην κορυφή, αυτή η υψηλή θερμοκρασία θα βλάψει το κάτω στρώμα των κυκλωμάτων.”
Το κλειδί σε αυτό το έργο είναι ότι τα κυκλώματα νανοσωλήνων άνθρακα και η μνήμη RRAM να μπορούν να κατασκευαστούν σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες, κάτω από 200 C. “Αυτό σημαίνει ότι μπορούν να δημιουργηθούν σε στρώματα χωρίς να βλάψουν τα κυκλώματα”, λέει ο Shulaker.
Για να δείξουν τις δυνατότητες της τεχνολογίας, οι ερευνητές εκμεταλλεύτηκαν την ικανότητα των νανοσωλήνων άνθρακα να λειτουργούν επίσης ως αισθητήρες. Στο άνω στρώμα του τσιπ τοποθέτησαν πάνω από ένα εκατομμύριο αισθητήρες με νανοσωλήνες άνθρακα, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν για την ανίχνευση και ταξινόμηση των αερίων του περιβάλλοντος.
Λόγω της ταυτόχρονης ανίχνευσης και της αποθήκευσης δεδομένων το τσιπ ήταν σε θέση να μετρήσει κάθε έναν από τους αισθητήρες παράλληλα και στη συνέχεια να τα καταγράψει απευθείας στη μνήμη του, δημιουργώντας τεράστιο εύρος επεξεργασίας δεδομένων”, λέει ο Shulaker.
Πηγές: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2017-07/miot-tcc070317.php http://news.mit.edu/2017/new-3-d-chip-combines-computing-and-data-storage-0705 https://phys.org/news/2017-07-three-dimensional-chip-combines-storage.html
με Αριθμό Μητρώου 12691
