3D-Tietokonepiirit Saattavat Olla 1 000 Kertaa Nopeammin Kuin Nykyiset

{h1}

Hiilinanoputkeen perustuva 3d-siru saattaa olla 1000 kertaa nopeampi kuin nykyinen teknologia, uusi tutkimus ehdottaa.

ST. LOUIS - Uusi tapa suunnitella ja rakentaa tietokonehiukkasia voi johtaa rakkulan nopeaan käsittelyyn vähintään 1000 kertaa nopeammin kuin parhaan olemassa olevan sirun pystyvät, tutkijat sanovat.

Uusi menetelmä, joka perustuu materiaaleihin, joita kutsutaan hiilinanoputkiksi, antaa tutkijoille mahdollisuuden rakentaa siru kolmeen ulottuvuuteen.

Kolmiulotteinen muotoilu mahdollistaa tutkijoiden yhdistelemisen muistiin, joka tallentaa tietoja ja lukuisat koputusprosessorit samassa pienessä tilassa, sanoo Max Shulaker, yksi sirun suunnittelijoista ja sähkötekniikan tohtorikoulutettava Stanford Universityssä Kaliforniassa. [10 tekniikkaa, jotka muuttavat elämääsi]

Näiden kahden elementin välisen etäisyyden pienentäminen voi vähentää huomattavasti aikaa, jolla tietokoneet ottavat työnsä, Shulaker sanoi 10. syyskuuta täällä "Odota, mitä?" teknologian foorumi isännöi puolustus Advanced Research Projects Agency, tutkimus-siipi Yhdysvaltain armeijan.

Edistyminen hidastuu

Jatkuva edistysaskel laskentateholla viimeisten 50 vuoden aikana on suurelta osin kyky saada yhä pienempiä pii-transistorit, kolmiosainen sähkökytkimet, jotka tekevät tietokoneiden loogisia toimintoja.

Mooren lain mukaan karkea sääntö, jonka puolijohde tutkija Gordon E. Moore esitteli vuonna 1965, tietyn piisiripun transistoreiden määrä kaksinkertaistuisi karkeasti kahden vuoden välein. Todisteidensa mukaan transistorit ovat yhä pienempiä, ja teini-ikäisimmät osat ovat vain 5 nanometriä ja pienimmät toiminnalliset, joiden ominaisuudet ovat vain 7 nanometriä. (Vertailun vuoksi keskimääräinen hiusnauha on noin 100 000 nanometriä leveä.)

Kokoluokan lasku kuitenkin tarkoittaa, että hiukkasten kvantti-vaikutukset tällä asteikolla voivat häiritä niiden toimintaa. Siksi on todennäköistä, että Mooren laki päättyy seuraavan 10 vuoden aikana, asiantuntijat sanovat. Sen lisäksi kutistuvat transistorit katkera loppu voi olla paljon tekemään tietokoneet nopeammin.

Pitkä työaika

Tärkein tiesulku nopeampiin tietokoneisiin ei merkitse prosessorin nopeutta, vaan muistin ongelma, Shulaker sanoi.

Big-data-analyysi vaatii tietokoneen piirtää pienen datakappaleen jo aiemmin tuntemattomasta paikasta todella mahtavista datamääreistä. Tämän jälkeen tietokoneen on siirrettävä nämä tiedot sähköisellä signaalilla edestakaisin tietokoneen muistin (tyypillisesti kovalevyn) ja prosessorien (suhteellisen) suuren tuumavälin yli, joka on sähköisen resistanssin nopeusrangaistus koko polun kohdalla. [Super-älykkäät koneet: 7 robottisidonnaista futuuria]

"Jos yrität käyttää sitä tietokoneellasi, käytät yli 96 prosenttia ajasta vain olemasta joutokäyntiä tekemättä mitään", Shulaker sanoi. "Tyhmätte valtavaa valtaa." Vaikka keskusyksikkö (CPU) odottaakin tietoja palauttamaan muistista muistikortin, esimerkiksi tietokone on silti virtaa, vaikka se ei laske mitään.

Muistio-CPU: n "työaikaa" ratkaiseminen on kuitenkin hankalaa. Näitä kahta komponenttia ei voida sijoittaa samaan kiekkoon, koska piipohjaisia ​​kiekkoja on lämmitettävä noin 1 800 asteen Fahrenheit-asteeseen (1 000 astetta), kun taas monet kiintolevyjen (tai kiinteän tilan) metallielementeistä sulavat näissä lämpötiloissa, Shulaker sanoi.

Hiilinanoputket

Tämän ongelman ratkaisemiseksi Shulaker ja hänen neuvonantajansa Stanfordin yliopistossa, Subhasish Mitra ja H.-S. Philip Wong, katsoi täysin erilaiseen materiaaliin: hiilinanoputkiin tai hiiliatomiin tehtyjä hiukkaskokoisia verkkoja, joita voidaan käsitellä alhaisissa lämpötiloissa. Hiilinanoputkilla (CNT) on sähköisiä ominaisuuksia, jotka ovat samanlaisia ​​kuin perinteisten pii-transistoreiden ominaisuudet.

Pii-transistorin ja CNT-transistorin välisessä päähän-kilpailussa, "kädet alas, CNT voittaisi", Shulaker kertoi WordsSideKick.com. "Se olisi parempi transistori, se voi mennä nopeammin, se käyttää vähemmän energiaa."

Kuitenkin hiilinanoputket kasvavat epäjärjestyksessä, "muistuttavat spagettia", mikä ei ole hyvä piirien tekemiseen, Shulaker sanoi. Näin ollen tutkijat kehittivät menetelmän kasvattaakseen nanoputkia kapeissa urissa, ohjaamalla nanoputket suuntautumiseen.

Mutta oli toinen este. Kun nanoputkista 99,5 prosenttia on kohdistettu, muutamat kaatopaikat ovat edelleen asemansa ulkopuolella. Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat ajattelivat, että sirujen reikien tietyissä paikoissa voidaan varmistaa, että jopa siru, jolla on epäsäännölliset putket, toimisi odotetusti.

Toinen ongelma on se, että vaikka useimmat CNT: t ovat puolijohteiden (kuten pii) ominaisuuksia, muutama teko kuin tavallinen johtava metalli, eikä ole mitään keinoa ennustaa, mitkä putket toimivat huonosti. Ne muutamat johtavat putket voivat pilata koko sirun, ja joutuessaan tappamaan jopa murto-osan siruista ei olisi taloudellista merkitystä, Shulaker lisäsi. Korjauskeinona Shulaker ja hänen kollegansa lähinnä "kytkeytyvät pois" kaikki puolijohdeiset CNT: t, jättäen valtavia jännityksiä virrasta kiertäväksi jäljellä olevien johtavien nanoputkien läpi. Korkea virta kuumentaa ja hajottaa vain johtavat nanoputket, jotka puhaltaa kuin nano-asteiset sulakkeet, Shulaker sanoi.

Vuonna 2013 joukkue rakensi CNT-tietokoneen, jota he kuvaavat Nature-lehdessä. Se tietokone oli kuitenkin hidas ja tilava, suhteellisen vähän transistoreita.

Nyt he ovat luoneet järjestelmän muisti- ja transistorikerrosten pintaa varten, ja pienet johdot yhdistävät nämä kaksi. Uusi 3D-suunnittelu on rajoittanut transistorin ja muistin välistä transitiaikaa, ja tuloksena oleva arkkitehtuuri voi tuottaa salamannopeita laskentatoimintoja jopa 1000 kertaa nopeammin kuin muutoin olisi mahdollista, Shulaker totesi. Uuden arkkitehtuurin avulla tiimi on rakentanut erilaisia ​​anturikiekkoja, jotka voivat havaita kaiken infrapunavaloista tiettyihin kemikaaleihin ympäristössä.

Seuraava askel on järjestelmän skaalaaminen entisestään entistä monimutkaisempien sirujen tekemiseksi.

Seuraa Tia Ghoseia Viserrysja Google+. seurata WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Alkuperäinen artikkeli aiheesta WordsSideKick.com.


Video Täydentää: .




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com