理群

2017-07-21 | 前沿

美国斯坦福大学和麻省理工学院集成新型3-D芯片

【据美国麻省理工学院网站2017年7月5日报道】美国斯坦福大学和麻省理工学院(MIT)的研究人员制造了一种组合了计算和数据存储功能的新型3D芯片,其新的架构消除了CPU与内存间的通信瓶颈问题。这种芯片没有采用硅基技术,而是采用了多种纳米技术将碳纳米管及电阻式随机存取存储器(RRAM)单元进行集成,芯片包含了超过100万个RRAM单元和200万个碳纳米管场效应晶体管,是目前制造的最复杂的纳米电子系统。

芯片内RRAM和碳纳米管彼此相互垂直,形成了具有逻辑和存储器交错层的新型3-D计算机体系结构,通过在层间插入超高密度导线来解决通信瓶颈。这项工作的关键是,碳纳米管和RRAM存储器可以在低于200℃的温度下制造,意味着它们逐层叠加而不会损害下面的电路。新的三维计算机架构提供了密集和细粒度的计算和数据存储集成,能够在存储大量数据同时执行片上处理,将数据洪流转化为有用的信息。这种架构可能特别适合于基于学习的替代性计算范例,例如脑启发系统和深层神经网络等。该芯片的制造与当今的硅基础设施兼容。

为了展示该技术的潜力,研究人员利用碳纳米管的能力也可以作为传感器。在芯片的顶层,放置了超过100万个基于碳纳米管的传感器,用于检测和分类环境气体。由于感应、数据存储和计算的分层,芯片能够并行测量每个传感器,然后直接写入其存储器。该团队目前正在努力改进底层的纳米技术,同时也在探索新​​的三维计算机架构,下一步将与美国Analog Devices公司合作开发新版本的系统。

这项工作得到了美国DARPA、国家科学基金会、半导体研究公司、STARnet SONIC公司以及斯坦福大学SystemX联盟成员公司的资助,相关研究成果已在《Nature》期刊上发表,论文题目为《Three-dimensional integration of nanotechnologies for computing and data storage on a single chip》。

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