انقلابی در تولید پردازنده ها، ساختار BUS ها بکلی تغییر می کند

برسام
برسام - زندگی به سرعت فناوری

گرافن در حال حاضر بعنوان جانشین جدید و طبیعی سیلیکون، امروزه دارای بیشترین کاربرد برای تکنولوژی نیمه هادی است. با این حال، حتی قبل از این که راه حل های عجیب و غریب تر برای فن آوری نیمه هادی فعلی مورد استفاده قرار بگیرند (که البته این در آینده نزدیک امکان پذیر نخواهد بود، حداقل تا زمانی که به تولید انبوه برسد)، مهندسان و محققان تمرکز خود را فقط در یک بخش خاص از مطالعات افزایش می دهند: ارتباط داخلی بین اجزاء.

به طور معمول، ارتباط بین یک پردازنده مرکزی رایانه (CPU) و یک حافظه سیستم (معمولاً DRAM) از طریق یک باس برقرار می شود که اساساً یک بزرگراه ارتباطی بین داده های ذخیره شده در DRAM و داده هایی است که پردازنده باید پردازش کند یا پردازش آنها به پایان رسیده است.

سریع ترین پردازنده و حافظه هنوز هم به همان سرعت باس هستند. حجم زیاد کارهای اخیر باعث افزایش مقدار داده های پردازش شده و به تبع آن سفارشات می شود. به همین ترتیب، مهندسان سعی کرده اند راه هایی را برای افزایش سرعت ارتباط بین CPU و زیر سیستم حافظه کشف کنند؛ زیرا احتمال دارد که تنگناهای بعدی HPC به دلیل کمبود سرعت پردازنده یا حافظه و تضعیف در ارتباط بین این دو تبدیل به چالشهایی جدی شوند.

اما راه حل محققان MIT و استنفورد چیست؟

به طور کامل با یک باس، اتصال پردازنده به حافظه را تا آنجا که می شود تنگاتنگ برقرار کنید تا نقصان عملکرد باس حس نشود. به گفته نویسنده اصلی در مقاله، Max Shulaker،- RRAM و نانو لوله های کربنی به صورت عمودی کنار یکدیگر ساخته می شوند و معماری کامپیوتری ۳ بعدی جدید، با لایه های مختلف منطق و حافظه ایجاد می شود.

با قرار دادن سیم های فوق العاده ای بین این لایه ها، این معماری ۳ بعدی متعهد می شود که به نقاط ضعف مخابرات ارتباط داشته باشد. به عنوان اثبات این مفهوم تیم یک جزء نانولوله کربنی کوچک (CNT) تولید کرده و این را دریافت می کند: قدرت بیشتر در اجرای برنامه ها در یک سیستم عامل چند وظیفه ای و اجرای دستورالعملهای MIPS ، که در مقایسه با RRAM (حافظه مقاومتی با دسترسی تصادفی) به خودی خود، یک شاهکار محسوب می شود.

فیلیپ وونگ، یکی از همکاران در این تحقیق، می گوید RRAM می تواند در مقایسه با DRAM فیزیکی تر، سریع تر و کارآمدتر باشد. در میان لایه های منطق و حافظه، سیم های فوق العاده ای هستند که ارتباطات را فراهم می کنند که بسیار سریع تر بوده و کارایی انرژی بیشتری نسبت به سیلیکون دارند.

بدیهی است، سیستم جدید احتمالاً رکورد سرعت را نخواهد شکست و با فرکانس ۱ کیلوهرتز اجرا می شود. با این حال، محققان در پشت ماجرا ادعا می کنند که رسیدن به سرعت های بالاتر اولویتی پایین تر نسبت به توسعه واقعی این واحد دارد. محدودیت سرعت به دلیل محدودیت های تکنولوژی CNT یا روش طراحی ما نیست، بلکه به دلیل بارگذاری خازنی است که جهت تنظیم اندازه گیری تعیین شده است و با امکانات دانشگاهی، حداقل اندازه لیتوگرافی ۱ میلیمتری و تماس با مقاومت CNT در حال حاضر امکان پذیر است.

این مقیاس وقتی با تکنولوژی شرکت های اینتل و سامسونگ مقایسه می شود، موفقیت دانشمندان بیشتر به چشم می آید. با این حال، محققان بیش از ۱ میلیون سلول RRAM و ۲ میلیون ترانزیستور نانولوله کربنی را ایجاد کردند، که پیچیده ترین سیستم نانوالکترونی است که تا کنون با فناوری های نوظهور ساخته شده است.

یکی از مزایای اصلی ساخت چیپ های کامپیوتری جدید از گرافن، درجه حرارت بسیار پایین تر مربوط به ساخت است که چنین پیوندی بین یک پردازنده و حافظه از طریق سیلیکون غیر ممکن است. ایجاد تراشه سیلیکون نیاز به درجه حرارت تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد دارد، بنابراین ساخت چند لایه و ساختارهای ۳ بعدی بدون آسیب رساندن به لایه های قبلی دشوار است.

اما Shulaker می گوید: مدارهای نانولوله کربنی و حافظه RRAM می توانند در دماهای بسیار پایین تر و کمتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد ساخته شوند، که باعث می شود انبار شدن داده و ارتباط با حافظه و پردازنده از طریق سیمهای نازک، برقرار شود.

انقلابی در تولید پردازنده ها، ساختار BUS ها بکلی تغییر می کند
مهدی بهزادی منش