मौजूदा की तुलना में 3 डी माइक्रोचिप 1000 गुना तेज है

वैज्ञानिकों ने कंप्यूटर माइक्रोचिप्स के विकास और निर्माण के लिए एक नई विधि का आविष्कार किया है, जो मौजूदा सीपीयू की तुलना में कम से कम 1000 बार डेटा प्रसंस्करण में तेजी ला सकता है। यह विधि कार्बन नैनोट्यूब नामक सामग्री पर आधारित है और आपको तीन आयामों में माइक्रोचिप बनाने की अनुमति देती है।



चिप डिजाइन टीम के सदस्य और कैलिफोर्निया की स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में पीएचडी के उम्मीदवार मैक्स शुलकर के अनुसार, इस तरह के 3 डी प्रोजेक्ट से सिस्टम में काफी जगह बचती है और डेटा प्रोसेसिंग की गति बढ़ जाती है। यह इस तथ्य के कारण हासिल किया गया है कि वैज्ञानिकों में एक मेमोरी होती है जो सभी डेटा को संग्रहीत करती है और एक छोटी सी जगह में प्रोसेसर की संख्या को कॉम्पैक्ट करती है।

दो तत्वों के बीच की दूरी को कम करने से कंप्यूटर द्वारा कमांड के प्रसंस्करण समय में काफी तेजी आ सकती है।


मैक्स शल्ककर द्वारा फोटो।

गति कम करो

पिछले 50 वर्षों में कंप्यूटर सिस्टम की कम्प्यूटेशनल क्षमताओं में लगातार सुधार हुआ है। यह काफी हद तक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर और तीन-तरफ़ा स्विच को लगातार कम करने की क्षमता के कारण है जिसके साथ तार्किक संचालन किया जाता है।

मूर के नियम के अनुसार, 1965 में गॉर्डन ई। मूर द्वारा निर्मित एक सकल नियम, एक चिप पर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर की संख्या हर दो साल में दोगुनी होनी चाहिए। यह सच है, नियम का पालन करने के लिए, आपको छोटे सिलिकॉन ट्रांजिस्टर को 5 नैनोमीटर तक कम करना होगा। लेकिन यहां एक समस्या उत्पन्न होती है - सिलिकॉन के लिए सीमा, जो 7 नैनोमीटर (तुलना के लिए, एक मानव बाल का आकार औसतन 100,000 नैनोमीटर है)। बाद में डाउनस्कूलिंग इस तथ्य को जन्म देगा कि कणों का क्वांटम प्रभाव इसके कामकाज को बाधित कर सकता है। तदनुसार, मूर का कानून अगले दस वर्षों में अपने तार्किक अंत में आ जाएगा। इसके अलावा, एक चिप पर ट्रांजिस्टर की संख्या में एक अंतहीन वृद्धि सिस्टम प्रदर्शन को बढ़ाने का एकमात्र तरीका नहीं है।


आधुनिक microcircuits पर ट्रांजिस्टर। (तस्वीर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा ली गई है।)

संवाद समस्या

श्लेकर के अनुसार, कंप्यूटर प्रसंस्करण गति में मुख्य बाधाओं में से एक मेमोरी है।

बड़ी मात्रा में डेटा संसाधित करने के लिए पहले अज्ञात डेटा के लिए अनुरोध की आवश्यकता होती है जिसे अभी तक कैश नहीं किया गया है। ऐसे मामलों में, एक नया अनुरोध पूरा करने में लंबा समय लगेगा। किसी विशेष कमांड को संसाधित करने के लिए जानकारी के लिए अनुरोध सबसे पहले प्रोसेसर के आंतरिक कैश में जाएगा। इसके अलावा, कैश के सभी स्तरों को खोजने के बाद, इसका उत्तर यह होगा कि कोई हिट नहीं है और कर्नेल रैम को एक अनुरोध भेजेगा। रैम की खोज करने के बाद, फिर से, जवाब होगा कि कुछ भी नहीं मिला। और उसके बाद ही एचडीडी या एसएसडी ड्राइव के लिए अनुरोध भेजा जाएगा। निरंतर प्रतिरोध को पार करते हुए सिग्नल को अपेक्षाकृत मोटी (इलेक्ट्रॉनों के लिए) तारों से गुजरना होगा। आपको यह स्वीकार करना होगा कि यह रास्ता बहुत लंबा है और इस अवधि के दौरान कर्नेल पहले से ही कई बार प्रसंस्करण समाप्त करने में कामयाब रहा होगा।

यदि आप अपने पीसी के बजाय यह अनुरोध करते, तो 96% समय प्रतीक्षा कर रहा होता। यह भी याद रखने योग्य है कि सीपीयू जब निर्देश आने की प्रतीक्षा कर रहा है, तब भी यह बिजली की खपत करता है। एक वैकल्पिक समाधान सीपीयू और मेमोरी को एक ही प्लेट पर संयोजित करना है। यह सिर्फ इतना है कि इन दो घटकों को एक ही प्लेट पर रखना संभव नहीं होगा - एक सिलिकॉन वेफर को 1000 ^{डिग्री} सेल्सियस पर हीटिंग की आवश्यकता होती है, जो एक ठोस-राज्य ड्राइव या हार्ड ड्राइव के धातु तत्वों के पिघलने की ओर ले जाएगा।

कार्बन नैनोट्यूब

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यदि हम CNTs की तुलना सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के साथ समान परिस्थितियों में और समान आर्किटेक्चर, डिवाइस कॉन्सेप्ट के साथ करते हैं, तो कम ऊर्जा की खपत करते हुए, नैनोट्यूब प्रदर्शन में बहुत तेज़ होंगे।

फिर भी, नैनोट्यूब बेतरतीब ढंग से बढ़ते हैं और एक कप में स्पेगेटी पीसा जाता है। स्वाभाविक रूप से, यह विकल्प microcircuits के उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं है। शोधकर्ताओं ने संकीर्ण खांचे में बढ़ते CNTs के लिए एक विधि विकसित की है, जिससे उन्हें लक्षित वृद्धि मिली है। लेकिन इससे सभी समस्याओं का समाधान नहीं हुआ। जबकि 99.5% नैनोट्यूब व्यवस्थित रूप से बढ़ते हैं, 5% हठपूर्वक नियोजित मार्ग के साथ बढ़ने से इनकार करते हैं। इस स्थिति से बाहर का रास्ता थोड़ा अप्रत्याशित था। दोषपूर्ण CNTs के क्षेत्र में छेद चिप को बिल्कुल अपेक्षित रूप से काम करने की अनुमति देता है, नैनोट्यूब के विकास दोषों को बेअसर करता है।


नैनोट्यूब की वृद्धि। (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप द्वारा ली गई तस्वीर।)

एक और उभरती हुई समस्या ने पूरे उपक्रम को बर्बाद करने की भविष्यवाणी की है। यद्यपि अधिकांश विकसित ट्यूबों की अर्धचालकता सिलिकॉन है, बाकी में साधारण धातु की चालकता है। दुर्भाग्य से, वैज्ञानिक यह अनुमान लगाने के लिए एक नुकसान में थे कि ट्यूबों में से कौन सा दोषपूर्ण होगा। ये कुछ CNT पूरी चिप को नष्ट कर सकते हैं। लेकिन यहां एक समाधान पाया गया - श्लेकर और उनके सहयोगियों ने बस चिप में विशाल वोल्टेज दालों को लागू किया। इस प्रकार, कंडक्टर ने फ़्यूज़ के रूप में कार्य किया और उच्च वोल्टेज की कार्रवाई के तहत जला दिया गया। और केवल अर्धचालक चिप पर बने रहे।

इस टीम ने पहले ही CNTs के आधार पर एक कंप्यूटर बनाया था, लेकिन यह अपेक्षाकृत कम संख्या में ट्रांजिस्टर के साथ धीमा और बोझिल था। इस डिवाइस का प्रोसेसर 1971 में जारी इंटेल 4004 की शक्ति के बराबर है। नैनोट्यूब पर आधारित पहले प्रोसेसर में 178 ट्रांजिस्टर थे, उनकी अनुमानित लंबाई 10 से 200 नैनोमीटर तक थी।


मैक्स श्लेकर, उनके हाथों में सिलिकॉन नैनोट्यूब पर आधारित चिप्स के साथ पहले से निर्मित वेफर है।

अब, श्लेकर के नेतृत्व में शोधकर्ताओं ने ट्रांजिस्टर परतों के साथ स्मृति को ढेर करने के लिए एक प्रणाली बनाई है, उन्हें छोटे परतों के साथ जोड़ रहे हैं। नई संरचना से अनुरोधों के समय में काफी बचत होती है और, तदनुसार, टीम के पूर्ण प्रसंस्करण का समय। समान प्रदर्शन की समान प्रणालियों की तुलना में 1000 गुना तेज। नए आर्किटेक्चर का उपयोग करते हुए, टीम ने कई सेंसर प्लेटें बनाई हैं जो पर्यावरण में अवरक्त प्रकाश से लेकर कुछ रसायनों तक सब कुछ का पता लगाती हैं।

इससे पहले, मैंने InGaAs पर आधारित अर्धचालकों के रूप में सिलिकॉन के विकल्प के बारे में एक लेख लिखा था । यहाँ कार्बन नैनोट्यूब के रूप में एक और एक है।
और सेमीकंडक्टर की तरह सिलिकॉन के लिए क्या विकल्प हैं, क्या आप जानते हैं? भविष्य के माइक्रोचिप्स के लिए कौन से उपयुक्त हैं?

Source: https://habr.com/ru/post/hi384565/