Nature: 2D-материал изменяет форму 3D-электроники для искусственного интеллекта

Многофункциональные компьютерные чипы эволюционировали, чтобы делать больше благодаря встроенным датчикам, процессорам, памяти и другим специализированным компонентам. Однако по мере расширения чипов увеличивается и время, необходимое для перемещения информации между функциональными компонентами.

Подумайте об этом, как о строительстве дома, — говорит Санг-Хун Бэ, доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Школе инженеров Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

Вы строите дом по бокам и по вертикали, чтобы получить больше функций, больше места для более специализированной деятельности, но при этом вам приходится тратить больше времени на перемещение или общение между комнатами.

Чтобы решить эту проблему, Бэ и группа международных коллег, включая исследователей из Массачусетского технологического института, Университета Йонсей, Университета Инха, Технологического института Джорджии и Университета Нотр-Дам, продемонстрировали монолитную 3D-интеграцию слоистых 2D-материалов в новое аппаратное обеспечение для вычислений в области искусственного интеллекта (ИИ). По их мнению, их новый подход не только обеспечит решение на уровне материала для полной интеграции множества функций в один небольшой электронный чип, но и проложит путь к продвинутым вычислениям ИИ.

Работа была опубликована 27 ноября в журнале Nature Materials, где она была выбрана в качестве статьи на обложке.

Созданный командой монолитный 3D-интегрированный чип имеет преимущества перед существующими компьютерными чипами с боковой интеграцией. Устройство содержит шесть атомарно тонких 2D-слоев, каждый из которых выполняет свою функцию, и позволяет значительно сократить время обработки данных, энергопотребление, время ожидания и занимаемую площадь. Это достигается за счет плотной упаковки вычислительных слоев, обеспечивающей плотное межслойное взаимодействие. В результате аппаратное обеспечение обеспечивает беспрецедентную эффективность и производительность при выполнении вычислительных задач, связанных с искусственным интеллектом.

Это открытие предлагает новое решение для интеграции электроники, а также открывает дверь в новую эру многофункционального вычислительного оборудования. По словам Бэ, эта технология, в основе которой лежит предельный параллелизм, может значительно расширить возможности систем искусственного интеллекта, позволяя им решать сложные задачи с молниеносной скоростью и исключительной точностью.

Монолитная 3D-интеграция способна изменить всю электронную и вычислительную индустрию, позволив создавать более компактные, мощные и энергоэффективные устройства, — говорит Бэ.

Атомарно тонкие 2D-материалы идеально подходят для этого, и мы с коллегами будем продолжать совершенствовать этот материал, пока в конечном итоге не сможем интегрировать все функциональные слои в один чип.

По словам Бэ, эти устройства также более гибкие и функциональные, что делает их пригодными для более широкого применения.

От автономных транспортных средств до медицинской диагностики и центров обработки данных — области применения этой монолитной технологии 3D-интеграции потенциально безграничны, — заключает он.

Например, технология in-sensor computing объединяет функции датчика и компьютера в одном устройстве, вместо того чтобы датчик получал информацию, а затем передавал ее в компьютер. Это позволяет нам получать сигнал и напрямую вычислять данные, что приводит к ускорению обработки, снижению энергопотребления и повышению безопасности, поскольку данные не передаются.

30.11.2023