Efektivní vícevrstvé čipy s logikou a pamětí a nové milníky

Vědci přišli na způsob, jak postavit vícevrstvé 3D čipy, které obsahují logiku i paměť v různých vrstvách. Čipy jsou rychlejší, úspornější a škálovatelné pro hromadnou výrobu.

Současné čipy které se nachází v počítačích, noteboocích nebo i mobilních zařízení, mají logickou část a paměťovou část v rámci jedné křemíkové vrstvy a vše tak na jedné ploše obstarávají různě uspořádané tranzistory a spojení mezi nimi.

Vědci ze Stanfordské univerzity vymysleli způsob, jak relativně snadno vytvořit vícevrstvé 3D čipy, které mohou velmi rychle posunout výkon a efektivitu výpočetních čipů.

Čtyřvrstvý prototyp

Vědcům se v laboratorních podmínkách, které nejsou tak pokročilé, jako mají k dispozici třeba výrobci křemíkových čipů, podařilo vytvořit revoluční vícevrstvý čip.

Zatímco běžné čipy mají logickou a paměťovou část na jedné ploše a spojení pro přenos dat je tak omezené a relativně pomalé, v tomto případě je vše rozvrženo do několika specializovaných vrstev nad sebou.

Klepněte pro větší obrázek
Porovnání konstrukce současných plochých a budoucích vícevrstvých čipů

V nejvyšší a nejnižší vrstvě se nachází tranzistory pro logické výpočty, ve dvou vrstvách mezi nimi jsou pak tranzistory tvořící paměť. Všechny vrstvy jsou spojené pomocí velkého počtu uhlíkových nanotrubic, skrze které probíhá komunikace a přenos všech dat. Díky extrémně malému průměru těchto uhlíkových „nanotrubiček“ a jejich snadnému uzavření lze výrazně omezit únik elektřiny a snížit tak zahřívání a spotřebu celého čipu.

Se spotřebou i zahříváním je problém především u stále populárnějších mobilních zařízení, které mají omezené možnosti chlazení a také omezenou baterii. S příchodem ještě menších zařízeních jako jsou chytré hodinky a podobně, je tento problém ještě znatelnější, protože danou elektroniku máme neustále přímo na těle.

Tři milníky pro stavbu efektivních vícevrstvých čipů

Vytvořený prototyp přináší celkem tři hlavní milníky, které posouvají možnosti ve výrobě vícevrstvých čipů. Vědcům se podařilo vytvořit techniku pro výrobu zatím nejvýkonnějších tranzistorů z uhlíkových nanotrubic (CNT) ve velkém množství. Pomocí křemenného waferu a kovové vrstvy, která posoužila něco jako lepící páska, se podařilo odtrhnout vrstvu s vytvořenými tranzistory z uhlíkových nanotrubic. Tuto vrstvu pak vědci umístili na klasický křemíkový wafer.

Klepněte pro větší obrázek
Výsledná konstrukce čtyřvrstvého čipu - nahoře a dole je logická část, uprostřed dvě vrstvy paměti a vše je spojené spoustou uhlíkových nanotrubic

Tento proces opakovali třináctkrát, až se jim podařilo vytvořit nejvýkonnější a nejhustší formu tranzistorů z uhlíkových nanotrubic na světě.

Další novinka se týká paměti, které čip používá. Nejedná se totiž o klasické tranzistory z křemíku, ale o kombinaci titan nitridu (TIN), oxidu hafničitého a platiny., která vytvořila třívrstvou architekturu sloužící pro vodivé a nevodivé stavy (0 a 1). Paměť je tak typu RRAM (Resistive Random Access Memory). Tato paměť dokáže udržet informace i bez napájení, a funguje podobně jako třeba flash paměť. Dle tvrzení má nižší spotřebu než současné paměti, což se hodí především pro mobilní použití.

Třetím milníkem v tomto výzkumu je vytvoření tisíce spojení pomocí uhlíkových nanotrubic mezi jednotlivými vrstvami logiky a pamětí. Tak velké množství rychlých spojení odstraňuje problém s propustností spojení a přenosu dat, takže jednotlivé vrstvy mezi sebou komunikují mnohem rychleji, než by bylo možné na ploché konstrukci.

Více vrstev jako novodobá jádra

Koncept vícevrstvých čipů není žádnou novinkou, vědcům se ale podařilo vymyslet konkrétní techniky, pro tvorbu složitějších vícevrstvých čipů, které mohou nabídnout mnohem vyšší výkon, nižší spotřebu a nižší zahřívání.

Díky tomu jsou tyto čipy zase o něco blíže hromadné výrobě, i když se stále jedná o laboratorní vývoj. Podle vedoucích vývoje je ale nová technika výroby škálovatelná a tedy použitelná pro hromadnou výrobu. Zatím není jasné, kdy by se první čipy vyrobené touto technikou mohly dostat na trh, ale jedno je jisté. Stejně jako byla doba co nejvyšší frekvence a co nejvyššího počtu jader, se asi dočkáme i doby, kdy budeme říkat „kolikavrstvý čip máš v tom náramku na ruce?“.

Témata článku: Hardware, Technologie, Čipy, Rise, Lepící pásky

18 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Voicer 23. 12. 2014 8:28:33
    Radši jsem si to našel trochu blíž k původnímu zdroji:...
  • Lukas1107 22. 12. 2014 18:49:46
    s tim zahrivanim bych byl opatrny, protoze to prave muze mit za nasledek...
  • Tehomas 22. 12. 2014 10:07:30
    Nepochopil jsme to o zavírání nanotrubic, úniku elektřiny a zahřívání....
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 57

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 112

Acer chrlí novinky: levný a tenký Predator, nové Switche a další notebooky

Acer chrlí novinky: levný a tenký Predator, nové Switche a další notebooky

** Acer na konferenci v New Yorku představil velkou spoustu novinek z oblasti počítačů, notebooků i monitorů ** Notebookové novinky se dotkly řad Predator, Swift, Switch i Aspire ** Herní notebooky dostaly nový typ chlazení

27.  4.  2017 | Karel Javůrek | 9

Jak by měly vypadat příští Windows? Designéři si pohráli s futuristickým prostředím Neon

Jak by měly vypadat příští Windows? Designéři si pohráli s futuristickým prostředím Neon

** Zkraje roku unikly na internet snímky nového prostředí Neon ** Součástí Windows by mohlo být už na podzim ** Komunita grafiků na webu nespala a začala si hrát

26.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59

Jak funguje Apple Liam: Robot, který umí recyklovat staré iPhony

Jak funguje Apple Liam: Robot, který umí recyklovat staré iPhony

** Apple zveřejnil detaily, jak funguje robotický systém Liam pro recyklaci iPhonů ** Jeden Liam zvládne rozdělat i na ty nejmenší díly 1,2 milionů iPhonů ročně ** Liam je důležitým prvkem k tomu, aby Apple mohl vyrábět pouze ze stoprocentně recyklovaných materiálů

24.  4.  2017 | Karel Javůrek | 21


Aktuální číslo časopisu Computer

Supertéma: moderní cestování

Kdy opravdu přijdou nové baterie?

Velké testy: 6 herních notebooků a 8 volantů

Recenze: AMD Ryzen řady 5