Современные компьютеры по своей структуре весьма напоминают структуру небольших городов и пригородных зон. Офисы, жилые здания и другие элементы инфраструктуры разбросаны по большой площади и связаны между собой достаточно длинными дорогами, на которых очень часто возникают пробки и заторы. Однако, группа инженеров из Стэнфордского университета, объединившись с исследователями из некоторых других университетов, разработала новую архитектуру компьютерных чипов, получившую название Nano-Engineered Computing Systems Technology (N3XT).

Чипы этой архитектуры напоминают по своему строению высотные здания-небоскребы, на каждом из этажей которых расположен отдельный функциональный блок этого чипа. А миллионы крошечных «лифтов», связывающих «этажи» чипов, позволяют передавать данные с очень высокой скоростью, что в теории может обеспечить увеличение вычислительной мощности в тысячу раз по сравнению с производительностью традиционных вычислительных систем.

«Мы собрали группу ведущих специалистов в области передовых информационных технологий и создали платформу, возможности которой способны удовлетворить требования к вычислительной мощности будущих вычислительных систем» – рассказывает Сабхэзиш Митра (Subhasish Mitra), профессор из Стэнфордского университета, – «Слои или "этажи» наших чипов содержат элементы процессоров, памяти и других компонентов, формирующих законченную вычислительную систему. Эти слои связаны друг с другом миллионами крошечных сквозных отверстий, через которые данные перемещаются очень быстро и с минимальными затратами энергии".

Следует отметить, что

эта идея весьма не нова и в прошлом инженеры уже пытались создавать чипы-небоскребы из кремния. Однако, в данном процессе используются весьма высокие температуры, порядка 1000 градусов Цельсия ( 1800 градусов Фаренгейта), и это приводило к разрушению предыдущих слоев чипа при попытке выращивания очередного слоя. Кроме этого, чипы с «высотной» структурой могут быть изготовлены путем выращивания отдельных «этажей», складывания их вместе и соединения их тысячами нанопроводников.

Однако такой подход крайне сложен с точки зрения используемых технологий, он требует большого расхода энергии и на магистралях таких чипов также могут возникать электронные «пробки».

Рис. 1.

Из-за всего вышеперечисленного, чтобы реализовать свою идею на практике, исследователям пришлось отказаться от использования традиционного кремния в пользу наноматериалов. Опытные образцы N3XT-чипов, имеющие всего по четыре слоя, были представлены стэнфордскими исследователями на Международной конференции по электронным приборам в декабре 2014 года. Два слоя этого чипа занимал процессор с некоторыми дополнительными элементами, основой которого являлись транзисторы на углеродных нанотрубках. А ниже и выше слоев процессора находились слои памяти.

«Чипы N3XT в действительности являются чем-то большим, нежели простой суммой их отдельных компонентов» – рассказывает профессор Кунле Олукотун (Kunle Olukotun), – «В современном мире существуют огромные объемы данных, требующих быстрой и эффективной обработки. Естественно, для этого требуются действительно большие вычислительные мощности и N3XT-чипы могут стать той "рабочей лошадкой», которая обеспечит эти вычислительные мощности".

Кроме всего прочего, архитектура N3XT-чипов позволит достаточно просто решить проблему охлаждения, для этого достаточно всего ввести в чип несколько слоев материала, обладающего высокой теплопроводностью. И, с учетом низкого количества потребляемой чипом энергии, эти слои успешно справятся с задачей отведения не такого уж большого количества выделяющегося тепла.

А в настоящее время исследователи из Стэнфорда работают в направлении адаптации N3XT-технологии для ее применения в чипах резистивной памяти RRAM и в других технологиях хранения и обработки данных.