Сегодня, Стэнфордские инженеры добавляют четвертое слово – более высокий.На конференции в Сан-Франциско Стэнфордская команда покажет, как построить высотный жареный картофель, который мог опередить исполнение одноэтажных логических интегральных схем и микросхем памяти на сегодняшних печатных платах.Те печатные платы похожи на оживленные города, в которых логические интегральные схемы вычисляют, и микросхемы памяти хранят данные. Но когда компьютер начинает действовать, провода, соединяющие логику и память, могут быть зажаты.
Стэнфордский подход закончил бы эти пробки, строя слои логики на слоях памяти, чтобы создать плотно связанный высотный чип. Много тысяч наноразмерных электронных «лифтов» переместили бы данные между слоями намного быстрее, используя меньше электричества, чем узкое место склонные провода, соединяющие одноэтажные логические интегральные схемы и микросхемы памяти сегодня.Работа во главе с Сабхэзишем Митрой, Стэнфордским преподавателем электротехники и информатики и H.-S. Филип Вонг, профессор Виллиарда Р. и Инез Керр Белл в Школе Стэнфорда Разработки.
Они описывают свою новую высотную архитектуру чипа в газете, представляемой в IEEE Международные Электронные Устройства, Встречающиеся 15-17 декабря.Инновации исследователей усиливают три прорыва.Первой является новая технология для создания транзисторов, те крошечные ворота, которые включают и выключают электричество, чтобы создать цифровые ноли и. Вторым является новый тип памяти компьютера, которая предоставляет себя многоэтажной фальсификации. Третьей является техника, чтобы встроить их новая логика и технологии памяти в высотные структуры радикально различным способом, чем предыдущие усилия сложить жареный картофель.
«Это исследование на ранней стадии, но наши методы дизайна и фальсификации масштабируемы», сказал Митра. «С дальнейшим развитием эта архитектура могла привести к вычислительной работе, которая является очень, намного больше, чем что-либо доступное сегодня».Вонг сказал чип прототипа, представленный на шоу IEDM, как соединить логику и память в трехмерные структуры, которые могут выпускаться серийно.
«Изменение парадигмы – злоупотребившее понятие, но здесь это соответствующее», сказал Вонг. «С этой новой архитектурой производители электроники могли поместить мощность суперкомпьютера в Вашей руке».Кремниевое теплоИнженеры делали кремниевые чипы в течение многих десятилетий, но тепло, происходящее от телефонов и ноутбуков, является доказательствами проблемы.
Даже когда они выключены, некоторые утечки электричества из кремниевых транзисторов. Пользователи чувствуют что как тепло.
Но на системном уровне, утечка истощает электричество батарей и отходов.Исследователи пытались решить эту основную проблему, создавая углеродные нанотрубки – или CNT – транзисторы. Они столь тонкие, что почти 2 миллиарда CNTs могли соответствовать в человеческих волосах.
CNTs должен пропустить меньше электричества, чем кремний, потому что их крошечные диаметры легче зажать закрытый.Митра и Вонг делают второй доклад на конференции, показывающей, как их команда сделала часть самой высокой работы транзисторами CNT когда-либо построенный.
Они сделали это, решив большое препятствие: упаковка достаточного количества CNTs в достаточно небольшую область, чтобы сделать полезный чип.До сих пор стандартный процесс, используемый, чтобы вырастить CNTs, не создал достаточную плотность этих труб. Стэнфордские инженеры решили эту проблему, развивая изобретательную технику.
Они начали, вырастив CNTs стандартный путь на круглых кварцевых вафлях. Тогда они добавили свою уловку. Они создали, какие суммы к металлическому фильму, который действует как лента.
Используя этот клейкий процесс они сняли весь урожай CNTs от кварцевой питательной среды и поместили его на кремниевую вафлю.Эта кремниевая вафля стала фондом их высотного чипа.
Но сначала они должны были изготовить слой CNT с достаточной плотностью, чтобы сделать высокоэффективное логическое устройство. Таким образом, они пошли хотя этот процесс 13 раз, вырастив урожай CNTs на кварцевой вафле, и затем используя их метод передачи, чтобы снять и внести эти CNTs на кремниевую вафлю.
Используя эту изящную технологическую фиксацию, они достигли части самой высокой плотности, самая высокая работа CNTs, когда-либо сделанный – особенно учитывая который они сделали это в академической лаборатории с менее современным оборудованием, чем коммерческий завод по изготовлению.Кроме того, Стэнфордская команда показала, что они могли выполнить эту технику больше чем на одном слое логики, когда они создали свой высотный чип.Что относительно памяти?
Создание высокоэффективных слоев транзисторов CNT было только частью их инноваций. Столь же важный была их способность построить новый тип из памяти непосредственно на каждом слое CNTs.
Вонг – мировой лидер в этой новой технологии памяти, которая он представил наконец конференцию года IEDM.В отличие от сегодняшних микросхем памяти, эта новая технология хранения не основана на кремнии.Вместо этого изготовленная память Стэнфордской команды, используя титан азотирует, гафниевая окись и платина. Это сформировало металлический/окисный/металлический сэндвич.
Применяя электричество к этому сэндвичу с тремя металлами один путь заставляет его сопротивляться потоку электричества. Изменение электрического толчка заставляет структуру проводить электричество снова.Изменение от имеющего сопротивление до проводящих государств – то, как эта новая технология памяти создает цифровые ноли и. Изменение в проводящих государствах также объясняет свое имя: имеющее сопротивление запоминающее устройство с произвольным доступом или RRAM.
Вонг проектировал RRAM, чтобы использовать меньше энергии, чем текущая память, приведя к длительному времени работы от батареи в мобильных устройствах.Изобретение этой новой технологии памяти было также ключом к созданию высотного чипа, потому что RRAM может быть сделан при намного более низких температурах, чем кремниевая память.Связанные слоиМакс Шулэкер и Тони Ву, Стэнфордские аспиранты в электротехнике, создали методы позади четырехэтажного высотного чипа, представленного на конференции.
Все зависело от процесса низкой температуры для того, чтобы сделать RRAM и CNTs, который позволил им изготовить каждый слой памяти непосредственно на каждом слое логики CNT. Делая каждый слой памяти, они смогли сверлить тысячи соединений в логический слой ниже.Это разнообразие связей – то, что позволяет высотному чипу избежать пробок на обычных печатных платах.Нет никакого способа плотно связать слои, используя сегодняшнюю обычную основанную на кремнии логику и память.
Поэтому требуется такое тепло, чтобы построить слой из кремниевой памяти – приблизительно 1 000 градусов по Цельсию – что любая попытка сделать так расплавила бы логику ниже.Предыдущие усилия сложить кремниевые чипы могли оставить свободное место, но не избежать цифровых пробок.
Поэтому каждый слой должен был бы быть построен отдельно и связан проводами – который все еще будет подвержен пробкам, в отличие от наноразмерных лифтов в Стэнфордском дизайне.