重新定義資料處理 首款擁有1000個電晶體2D半導體問世

編譯/高晟鈞

資訊科技(Information Technology,簡稱IT)在處理資料時,會將電能轉換為熱能。如今,IT產業所產生的碳足跡已經足以與航空業相媲美。然而,更令人沮喪的是,這些處理器所消耗的大部分能量卻並沒有用於計算;相反地,它們更多地被浪費在了記憶體與處理器間的資料傳輸上。

首款擁有1000個電晶體2D半導體問世,重新定義資料處理。(圖/翻攝自 TechXplore)

Von Neuman架構

大約20年前,由於資料儲存與處理器需要不同類型的設備,Von Neuman架構因而被大量使用。然而,這卻成了如今CPU效率低下的罪魁禍首。

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Von Neuman架構指得是執行計算(CPU)和儲存資料(RAM)的設備是分開的。就像從倉儲到販賣,商品通常被存放在倉庫中;只有當需要時,員工才會從倉庫調取貨物發送給客戶。同樣道理,CPU也需要從記憶體中檢索資料來執行計算,而這些過程會消耗大量的能量成本。

如今,來自洛桑聯邦理工學院實驗室的研究人員,將資料處理與儲存整合到單一設備上,成功解決Von Neuman架構效率低下的問題。這種最新的設備被稱為──記憶體處理器。

新型二維處理器架構

作者Guilherme Migliato Marega使用了二維材料MoS2成功開發出第一台二維記憶體處理器,專門用於資料處理中的基本運算之一──向量矩陣乘法。向量矩陣乘法在數位訊號處理和人工智慧模型領域被大量使用,其效率的提高,將為整個IT產業帶來大量的能量節約。

二維記憶體處理器,是將1,024個獨立的元件組合到一個1cm x 1cm的晶片上。每個獨立元件都包含了一個2D MoS2電晶體和一個浮動閘極,用於在記憶體中儲存電荷,以控制每一個電晶體的導電性。

透過設定每個電晶體的導電率,研究團隊可以向處理器施加電壓並測量輸出來進一步執行矩陣乘法。這種計算方式將從根本上改變處理器執行計算的方式。

從實際應用到振興歐洲晶片製造

MoS2對於記憶體處理器的開發至關重要。MoS2不同於矽元素,MoS2能形成穩定的單層。僅僅只有3個原子厚的沉積層,除了不容易與周圍環境發生作用,也具有滿足電子設備走向小型化趨勢的潛力。得益於製程技術的優化,研究團隊已經可以生產覆蓋均勻MoS2沉積層晶圓,為大規模生產打開大門。

除了純粹的科學價值外,這份研究也給了歐盟一個電子製造的方向。與其盲目地與其他國家進行相同領域的競賽,專心開發非Von Neuman架構,有望讓歐洲在未來的電子架構領域中取得先機。

資料來源:TechXplore

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