Jenis baru chip komputer 3D yang menggabungkan dua teknologi nano mutakhir dapat secara dramatis meningkatkan kecepatan dan efisiensi energi prosesor, sebuah studi baru mengatakan.
Chip hari ini memisahkan memori (yang menyimpan data) dan sirkuit logika (yang memproses data), dan data diangkut bolak-balik antara dua komponen ini untuk melakukan operasi. Tetapi karena terbatasnya jumlah koneksi antara memori dan sirkuit logika, ini menjadi hambatan utama, terutama karena komputer diharapkan untuk menangani jumlah data yang semakin meningkat.
Sebelumnya, batasan ini ditutupi oleh efek dari hukum Moore, yang mengatakan bahwa jumlah transistor yang dapat masuk ke chip berlipat ganda setiap dua tahun, dengan peningkatan kinerja yang menyertainya. Tetapi ketika pembuat chip mencapai batas fisik mendasar pada bagaimana transistor kecil bisa, tren ini telah melambat.
Chip prototipe baru, yang dirancang oleh para insinyur dari Stanford University dan Massachusetts Institute of Technology, menangani kedua masalah secara bersamaan dengan meletakkan memori dan sirkuit logika di atas satu sama lain, daripada berdampingan.
Ini tidak hanya membuat penggunaan ruang yang efisien, tetapi juga secara dramatis meningkatkan area permukaan untuk koneksi antara komponen, kata para peneliti. Sirkuit logika konvensional akan memiliki jumlah pin yang terbatas pada setiap sisi yang digunakan untuk mentransfer data; Sebaliknya, para peneliti tidak dibatasi untuk menggunakan tepi dan mampu mengemas kabel vertikal yang berjalan dari lapisan logika ke lapisan memori.
"Dengan memori dan komputasi yang terpisah, sebuah chip hampir seperti dua kota yang sangat padat, tetapi ada sangat sedikit jembatan di antara mereka," kata pemimpin studi Subhasish Mitra, seorang profesor teknik listrik dan ilmu komputer di Stanford, kepada Live Science. "Sekarang, kita tidak hanya menyatukan kedua kota ini - kita telah membangun lebih banyak jembatan sehingga lalu lintas dapat berjalan jauh lebih efisien di antara mereka."
Di atas ini, para peneliti menggunakan sirkuit logika yang dibangun dari transistor nanotube karbon, bersama dengan teknologi yang muncul yang disebut memori akses acak resistif (RRAM), yang keduanya jauh lebih hemat energi daripada teknologi silikon. Ini penting karena energi besar yang dibutuhkan untuk menjalankan pusat data merupakan tantangan besar lain yang dihadapi perusahaan teknologi.
"Untuk mendapatkan peningkatan 1.000 kali berikutnya dalam kinerja komputasi dalam hal efisiensi energi, yang membuat semuanya berjalan dengan energi yang sangat rendah dan pada saat yang sama membuat semuanya berjalan sangat cepat, ini adalah arsitektur yang Anda butuhkan," kata Mitra.
Sementara kedua teknologi nano baru ini memiliki keunggulan yang melekat dibandingkan teknologi konvensional berbasis silikon, keduanya juga merupakan bagian integral dari arsitektur 3D chip baru, kata para peneliti.
Alasan chip saat ini adalah 2D adalah karena membuat transistor silikon ke dalam chip membutuhkan suhu lebih dari 1.800 derajat Fahrenheit (1.000 derajat Celcius), yang membuat tidak mungkin untuk melapisi sirkuit silikon di atas satu sama lain tanpa merusak lapisan bawah, kata para peneliti .
Tetapi baik transistor nanotube karbon dan RRAM dibuat pada suhu lebih dingin dari 392 derajat F (200 derajat C), sehingga mereka dapat dengan mudah dilapiskan di atas silikon tanpa merusak sirkuit yang mendasarinya. Ini juga membuat pendekatan para peneliti kompatibel dengan teknologi pembuatan chip saat ini, kata mereka.
Menumpuk banyak lapisan di atas satu sama lain berpotensi menyebabkan panas berlebih, Mitra mengatakan, karena lapisan atas akan jauh dari heat sink di dasar chip. Tetapi, ia menambahkan, masalah itu seharusnya relatif sederhana untuk direkayasa, dan peningkatan efisiensi energi dari teknologi baru berarti lebih sedikit panas yang dihasilkan.
Untuk menunjukkan manfaat dari desainnya, tim membangun detektor gas prototipe dengan menambahkan lapisan lain dari sensor berbasis nanotube karbon di atas chip. Integrasi vertikal berarti bahwa masing-masing sensor ini terhubung langsung ke sel RRAM, secara dramatis meningkatkan kecepatan pemrosesan data.
Data ini kemudian ditransfer ke lapisan logika, yang menerapkan algoritma pembelajaran mesin yang memungkinkannya untuk membedakan antara uap jus lemon, vodka dan bir.
Ini hanya sebuah demonstrasi, kata Mitra, dan chip ini sangat fleksibel dan sangat cocok untuk jenis pendekatan jaringan saraf data-berat, mendalam yang mendukung teknologi kecerdasan buatan saat ini.
Jan Rabaey, seorang profesor teknik elektro dan ilmu komputer di University of California di Berkeley, yang tidak terlibat dalam penelitian, mengatakan dia setuju.
"Struktur ini mungkin sangat cocok untuk paradigma komputasi berbasis pembelajaran alternatif seperti sistem yang diilhami otak dan jaring saraf yang dalam, dan pendekatan yang disajikan oleh penulis jelas merupakan langkah pertama yang bagus ke arah itu," katanya kepada MIT News.
