近日，普渡大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)從材料的角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了芯片在計(jì)算的同時(shí)也能夠存儲(chǔ)。研究人員稱，該芯片如若能在未來進(jìn)一步改進(jìn)，或?qū)⒂欣陬惸X計(jì)算的發(fā)展。
當(dāng)前，馮諾依曼架構(gòu)是計(jì)算機(jī)以及處理器芯片的主流架構(gòu)，在這一架構(gòu)中，計(jì)算/處理和內(nèi)存是兩個(gè)完全區(qū)分的單元，計(jì)算/處理單元根據(jù)指令從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，在計(jì)算/處理單元完成相應(yīng)任務(wù)后，再轉(zhuǎn)回內(nèi)存。只不過，以人工智能為例，其一大特色就是計(jì)算量大，若使用馮諾依曼架構(gòu)，就需要頻繁地讀寫內(nèi)存，數(shù)據(jù)讀寫的能量消耗已經(jīng)高達(dá)數(shù)據(jù)計(jì)算能量消耗的2至3倍，這顯然不是一個(gè)好的現(xiàn)象。
為了解決這個(gè)問題，業(yè)界提出了一個(gè)“內(nèi)存內(nèi)計(jì)算”的概念，簡(jiǎn)單來講就是將計(jì)算與內(nèi)存集于一體。
據(jù)了解，過往研究人員雖一直試圖將兩者整合在一起，但問題在于鐵電材料和硅（構(gòu)成晶體管的半導(dǎo)體材料）之間的界面。另外，鐵電RAM作為芯片上的獨(dú)立單元運(yùn)行，本身能夠大幅提升計(jì)算效率的潛力受到限制。
對(duì)此，普渡大學(xué)電器與計(jì)算機(jī)工程教授Peide Ye、Richard J.和Mary Jo Schwartz帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)找到了一種方法，能夠克服硅與鐵電材料之間的敵對(duì)關(guān)系。
Ye表示，“我們使用了具有鐵電特性的半導(dǎo)體，原本的兩種材料變成一種材料，這樣就不必?fù)?dān)心接口問題。”
據(jù)悉，該團(tuán)隊(duì)找到的材料為α硒化銦，它不僅具備鐵電性能，也解決了“禁帶寬度”通常作為絕緣體而不是半導(dǎo)體常規(guī)鐵電材料的問題，這意味著電流無法通過，且沒有計(jì)算發(fā)生。
實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)基于該材料構(gòu)建的晶體管進(jìn)行測(cè)試，普渡大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程博士后研究員Mengwei Si發(fā)現(xiàn)其性能可與現(xiàn)有的鐵電場(chǎng)效應(yīng)晶體管相媲美，并稱通過進(jìn)一步優(yōu)化能夠獲得更好性能。
另外，因?yàn)?alpha;硒化銦材料的厚度僅為10nm，能夠允許更多的電流流過，有利于高性能鐵電隧道結(jié)的建立，讓芯片面積能夠縮小至及納米，從而打造晶體管密度更高、更節(jié)能的芯片。Ye說到，較薄的材料甚至可以減小到原子的厚度，也意味著隧道結(jié)兩側(cè)的電極可以小得多，這對(duì)于構(gòu)建模擬人腦的電路非常有用。
