隨著嵌入式智能技術(shù)正在越來(lái)越多的領(lǐng)域進(jìn)入生活，從自主駕駛到個(gè)性化醫(yī)療領(lǐng)域正在產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。但是，隨著數(shù)據(jù)的泛濫達(dá)到很大的程度，計(jì)算機(jī)芯片將其處理成有用的信息的能力正在停滯。
據(jù)外媒報(bào)道：近日，斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)建立了一個(gè)新的芯片來(lái)克服這個(gè)障礙。研究結(jié)果在外媒的“自然”雜志上發(fā)表，主要作者是麻省理工學(xué)院電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授馬克斯·舒爾克（Max Shulaker），Shulaker與H.-S，在該校擔(dān)任博士生。該團(tuán)隊(duì)還包括來(lái)自斯坦福大學(xué)的Roger Howe教授和Krishna Saraswat教授。
今天的計(jì)算機(jī)是由不同的芯片拼湊組裝在一起。那么用于計(jì)算的芯片和用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的單獨(dú)芯片兩者之間的連接是有限的。隨著應(yīng)用程序分析日益增加的大量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)在不同芯片之間移動(dòng)的有限速率將創(chuàng)造一個(gè)關(guān)鍵的通信“瓶頸”。芯片上的空間有限，沒(méi)有足夠的空間將它們放在旁邊，即使它們已經(jīng)小型化（這是一種稱(chēng)為摩爾定律的現(xiàn)象）。
更糟糕的是，硅片制成的晶體管已經(jīng)不再像以往那樣更加出色。
新的原型芯片是今天芯片的根本變化。它使用多種納米技術(shù)，以及新的計(jì)算機(jī)架構(gòu)來(lái)扭轉(zhuǎn)這兩種趨勢(shì)。
該芯片不是依賴(lài)于硅基器件，而是使用碳納米管，它們是使用納米圓柱體的2-D石墨烯片，以及電阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）單元，這是一種非易失性存儲(chǔ)器，通過(guò)了改變電阻固體電介質(zhì)材料。研究人員集成了超過(guò)100萬(wàn)個(gè)RRAM單元和200萬(wàn)個(gè)碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管，使得最新型納米電子系統(tǒng)成為新興的納米技術(shù)。
RRAM和碳納米管彼此垂直地構(gòu)建，形成了具有邏輯和存儲(chǔ)器交錯(cuò)層的新的密集的3-D計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。通過(guò)在這些層之間插入，這種3-D架構(gòu)有望解決通信瓶頸。
然而，根據(jù)本文的主要作者，Max Shulaker（麻省理工學(xué)院微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的核心成員），現(xiàn)有的基于硅的技術(shù)不可能采用這種架構(gòu)。“現(xiàn)在的電路是2-D，因?yàn)榻鹘y(tǒng)的硅晶體管涉及超過(guò)1000攝氏度的極高溫度，”Shulaker說(shuō)。“如果然后在上面構(gòu)建第二層硅電路，那么高溫會(huì)損壞電路的底層。”
這項(xiàng)工作的關(guān)鍵是碳納米管電路和RRAM存儲(chǔ)器可以在低于200℃的低溫下制造。“這意味著它們可以層疊而不會(huì)損害下面的電路”。
這為未來(lái)的計(jì)算系統(tǒng)提供了幾個(gè)好處。
·器件更好：與現(xiàn)在的硅制成的邏輯相比，碳納米管制成的邏輯可以比能量效率高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，同樣的，與DRAM相比，RRAM可以更加密集，更快速，更節(jié)能。指的是稱(chēng)為動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的常規(guī)存儲(chǔ)器。
·除了改進(jìn)的設(shè)備之外，3-D集成可以解決系統(tǒng)中的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：芯片之間和芯片之間的互連。
·新的三維計(jì)算機(jī)架構(gòu)提供了密集和細(xì)粒度的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成，大大克服了芯片之間移動(dòng)數(shù)據(jù)的瓶頸，因此，該芯片能夠存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，將龐大雜亂的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息。
為了展示該技術(shù)的潛力，研究人員利用碳納米管的能力也可以作為傳感器。在芯片的頂層，他們放置了超過(guò)100萬(wàn)個(gè)基于碳納米管的傳感器，用于檢測(cè)和分類(lèi)環(huán)境氣體。
由于傳感，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算的分層，芯片能夠并行測(cè)量每個(gè)傳感器，然后直接寫(xiě)入其存儲(chǔ)器，產(chǎn)生巨大的帶寬。