3D микрочип, в 1000 раз быстрее существующих

3D микрочип, в 1000 раз быстрее существующих

Ученые изобрели создания и новый метод разработки компьютерных микрочипов, что способен существенно ускорить обработку данных как минимум в 1000 раз если сравнивать с существующими CPU. Основывается этот способ на материале, именуемом углеродными нанотрубками и разрешает строить микрочип в трех измерениях.
Смотрите кроме этого: Компьютер D-Wave Systems преодолел предел 1000 кубитов

Компании D-Wave Systems удалось преодолеть предел в 1000 кубитов для квантовых вычислений. Сейчас совокупность сможет трудиться над значительно более непростыми вычислительными задачами.С тысячей кубитов процессор в один момент разглядывает до 21000 вероятных ответов.Кубит — главной компонент квантового компьютера. Благодаря неповторимому свойству кубитов, квантовой суперпозиции, вычислительная свойство квантовых компьютеров в некоторых задачах будет экспоненциально выше, чем у двоичных.

По словам Макса Шалакера (Max Shulaker), участника кандидата дизайнеров и команды чипа на получение докторской степени в области электротехники Стэнфордского университета Калифорнии, таковой 3D проект существенно экономит место в совокупности и увеличивает скорость обработки данных. Достигается это за счет того, что ученые вмещают память, хранящую все сведенья и уплотняют число процессор в миниатюрное пространство.Сокращение расстояния между двумя элементами может в разы ускорить время обработки команд компьютером.

Фото Макса Шалакера.Замедление прогрессаВычислительные возможности компьютерных совокупностей за последние 50 лет неустанно совершенствовались. Это происходит благодаря свойству всегда уменьшать кремниевые транзисторы и трехаспектные тумблеры, благодаря которым выполняются логические операции. По закону Мура — неотёсанного правила, сформулированного Гордоном Э. Муром (Gordon E. Moore) в 1965 году, число кремниевых транзисторов на чипе должно удваиваться каждые два года.

Что действительно, для предстоящего следования правилу, нужно уменьшит маленькие кремниевые транзисторы до 5 нанометров. Но тут появляется неприятность – предел для кремния, что образовывает 7 нанометров (для сравнении — величина людской волоса в среднем образовывает около 100000 нанометров). Последующее уменьшение масштаба приведет к тому что квантовый эффект частиц может уничтожить собственный функционирование.

Соответственно, закон мура придет к собственному логическому финишу в ближайшее десять лет. К тому же, нескончаемое повышение числа транзисторов на микросхеме — не единственный способ повышения производительности совокупности. Транзисторы на соврменных микросхемах. (Фото сделано электронным микроскопом.)Неприятность коммуникации По словам Шалакера, одной из главных преград в скорости обработки данных компьютером есть память.

Обработка громадного количества данных требуют запроса к ранее малоизвестным данным, каковые еще не были внесены в кэш. В таком случаи потребуется много времени на исполнения нового запроса. Запрос на получения информации для обработки той либо другой команды сперва отправится во внутренний кэш самого процессора. Потом, обыскав все уровни кэша, поступит ответ, что попаданий нет и ядро пошлёт запрос к оперативной памяти.

По окончании поиска по оперативной памяти, снова таки, поступит ответ, что ничего не отыскано. И лишь тогда запрос будет послан к HDD либо SSD накопителю. Сигналу нужно будет пройти по довольно толстым (для электронов) проводам, преодолевая постоянное сопротивление.

Согласитесь, этот путь через чур долгий и за данный отрезок времени ядро успело бы уже пара раз закончить обработку. Если бы Вы делали этот запрос вместо вашего ПК, то 96% времени составило бы ожидание. Кроме этого стоит не забывать, что кроме того в то время, когда CPU ожидает поступления нужной инструкции, он как и раньше потребляет электричество. В качестве другого ответа возможно предложить совместить CPU и память на одной пластине.

Вот лишь не окажется разместить эти два компонента на одной пластине — кремниевая вафля требует нагрева в 1000 оС, что приведет к плавке железных элементов твердотельного накопителя либо твёрдого диска. Углеродные нанотрубкиЧто бы обойти проблему с отличием температур, команда стэнфордского университета обратила внимание на открытый около 10 лет назад одномерный углеродный материал — углеродные нанотрубки.

Это — протяженные цилиндрические, сетчатые структуры из атомов углерода диаметром от одного до нескольких десяткой нанометров. Возможности обработки при низкой температуре стали главными в выборе материала для альтернативы кремнию. Температура обработки образовывает всего 200 оС.УНТ (углеродные нанотрубки) имеют свойства электропроводности, равные кремниевым транзисторам, но их электрические особенности зависят от угла скручивания гексагональной графитовой плоскости.

Так, ученым удалось добиться более высокой проводимости на 5 порядков. Три примера нанотрубок.В случае если сравнивать УНТ с кремниевыми транзисторами в равных условиях и с равной архитектурой, концепцией устройств, то нанотрубки будут существенно стремительнее по производительности, наряду с этим потребляя меньше энергии. Однако нанотрубки растут хаотично и больше похожи на сваренные в чашке спагетти. Конечно таковой вариант не подходит для производства микросхем.

Исследователи создали способ выращивание УНТ в узких канавках, придавая им целенаправленный рост. Но это не решило всех неприятностей. Тогда как 99,5% нанотрубок растут упорядочено, 5% упрямо отказываются расти по запланированному маршруту. Выход из данной обстановки был легко неожиданным.

Отверстия в районе дефектных УНТ разрешают чипу трудиться как раз так, как и ожидается, нейтрализуя недостатки роста нанотрубок. Рост нанотрубок. (Фото сделано электронным микроскопом.)Еще одна появившаяся неприятность пророчила погубить всю выдумку. Не смотря на то, что полупроводимость большинства выращенных трубок равна кремнию, другая часть имеет проводимость простого метала.

К сожалению, ученые затруднялись угадать, какие конкретно из трубок будут дефектными. Эти немногие УНТ имели возможность уничтожить целый чип. Но в этот самый момент было обнаружено ответ — Шалакер и его коллеги попросту подали на чип огромные импульсы напряжения. Так, проводники выступили в качестве предохранителей и перегорели под действием большого напряжения.

А на чипе остались лишь полупроводники. Эта команда уже создавала компьютер на базе УНТ, но он был медленным и громоздким с довольно маленьким числом транзисторов. Процессор данного устройства сопоставим по мощности с Intel 4004, выпущенным в первой половине 70-ых годов двадцатого века.

Первый процессор, основанный на нанотрубках, содержал 178 транзистора, их приблизительная протяженность варьировалась от 10 до 200 нанометров. Макс Шалакер, в руках у него ранее произведенная вафля с чипами на базе кремниевых нанотрубок. Сейчас исследователи во главе с Шалакером создали совокупность для укладки памяти вместе с транзисторными слоями, соединяя их маленькими слоями.

Новая структура существенно экономит время запросов и время полной обработки команды. В 1000 раз стремительнее, чем аналоговые совокупности равной производительности. Применяя новую архитектуру, команда создала множество сенсорных пластин, каковые разрешают найти все — от инфракрасного света до определенных веществ в окружающей среде. Ранее я писал статью про альтернативу кремнию в виде полупроводников на базе InGaAs.

Вот еще одна, в виде углеродных нанотрубок. А какие конкретно альтернативы кремнию, как полупроводнику, понимаете вы? Какие конкретно из них подойдут для микрочипов будущего?

Случайная статья:

НОВЫЙ ДРУГ ЖЕЛЕЙНОГО МЕДВЕДЯ ВАЛЕРЫ


Похожие статьи:

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Обсуждение закрыто.