 На протяжение десятилетий инженеры разрабатывали компьютерные системы с процессорами и микросхемами памяти, уложенные подобно одноэтажным сооружениям в пригороде. Провода подключают эти чипы подобно улицам, перемещая цифровой трафик между процессорами, которые вычисляют данные, и чипами памяти, которые хранят их. Но подобные макеты создаются длинные проходы и регулярные пробки в электронных схемах, тратя впустую время и энергию.
Именно поэтому исследователи из трех других университетов работают с инженерами Стэнфорда, чтобы создать новую революционную «высотную» архитектуру для вычисления. Они описывают свой новый подход как нанотехнология вычислительных систем, или N3XT.
N3XT пробивает узкие проходы данных путем интеграции процессоров и памяти подобно этажам в небоскребе, подключает к этим компоненты с помощью миллионов «отверстий», которые играют роль крошечных электронных лифтов. Этот подход позволить перемещать больше данных с гораздо быстрой скоростью, используя гораздо меньше энергии, чем было бы возможно при использовании малоэтажных схем.
Сдвиг электроники из малоэтажных к высотной архитектуре потребует огромных инвестиций от промышленности - и обещает большую выгоду после создания переключателей. Если вы объединить более высокую скорость с меньшим использованием энергии, то системы N3XT превзойдут обычные подходы от в тысячу раз.
Чтобы сделать возможными эти достижения, команда N3XT использует новые наноматериалы, которые позволяют ей конструировать то, что не может быть сделано с кремнием - построить высотные компьютерные схемы.
Инженеры ранее пытался сложить кремниевые чипы, но с ограниченным успехом. Изготовление кремниевого чипа требует температур, близких к 1800 градусам по Фаренгейту, что делает чрезвычайно сложным наложение кремниевого чипа поверх другого, не повреждая первый слой. Нынешний подход заключается в укладке и соединении чипов с несколькими тысячами проводов. Но обычные трехмерные кремниевые чипы по-прежнему склонны к пробкам, и они требуют много энергии для передачи данных через сравнительно малое количество соединительных проводов.
Команда N3XT принимает совершенно другой подход – создавая слои процессоров и памяти непосредственно друг над другом, соединенные миллионом электронных лифтов, которые могут перемещать больше данных на короткие расстояния, используя меньше энергии. Подход N3XT заключается в внедрении вычислений и хранения памяти в электронном супер-устройстве.
Ключом является использование некремниевых материалов, которые могут быть изготовлены при более низких температурах, чем кремний, так что процессоры могут быть построены на памяти без повреждения слоев.
Чипы N3XT основаны на транзисторах из углеродных нанотрубок. Транзисторы являются основными единицами компьютерного процессора, крошечными переключателями, которые создают цифровые нули и единицы. Транзисторы из углеродных нанотрубок являются более быстрыми и более энергоэффективными, чем кремниевые процессоры. Кроме того, в архитектуре N3XT, они могут быть изготовлены и размещены над и под другими слоями памяти.
Исследователи также представляют себе технологии хранения данных, которые на материалах, отличных от кремния, которые могут быть изготовлены поверх нанотрубок, используя низкотемпературные процессы изготовления. Подобно тому, как небоскребы имеют вентиляционные системы, конструкций высотных чипов включают в себя слои теплового охлаждения. Это гарантирует, что тепло, поднимающееся от сложенных слоев электроники, не ухудшит общую производительность системы.
|
