草根影响力新视野  编译 钟艺

来源 https://www.livescience.com

New 3D Computer Chip Uses Nanotech to Boost Processing Power

图片来源：MIT

近日一项新的研究表示，一种结合了两种尖端纳米技术的新型3D电脑芯片可以显著提高处理器的数据处理速度和能效。

现阶段广泛使用的芯片是由分离的存储器（存储数据）和逻辑电路（处理数据）组成，数据的处理需要穿梭于这两个组件之间来进行。但由于存储器和逻辑电路之间的连接数量有限，数据处理速度提升受到了很大的限制，特别是当需要处理的数据量在不断增长的状况下，这个瓶颈显得尤为突出。

以前，这一技术瓶颈由於穆尔定律的缘故而被人们忽略，穆尔定律认为芯片上的晶体管数量可以实现每两年增加一倍，从而带动芯片性能的提高。但随著芯片制造商在晶体管微型化上的突破放缓，穆尔定律逐渐不再适用。

来自斯坦福大学和马萨诸塞理工学院的工程师们近日找到了芯片技术的突破口，他们通过将存储器和逻辑电路分层叠加而不是并排地摆放解决了芯片性能提高的问题。研究人员说，分层叠加存储器和逻辑电路不仅有效地利用了空间，而且大大增加了组件之间的连接面积。传统的逻辑电路在其每个边缘上都有有限数量的引脚来传输数据，相比之下，分层叠加的方式不再局限于使用边缘，而是密集地在存储器到逻辑电路组装垂直连接线。

斯坦福大学电气工程与计算机科学系教授Subhasish Mitra表示：“一个芯片就像两个人口众多的城市的组成物，原本的技术让这两个城市之间的桥梁很少。现在，我们改进了两个城市之间的连接方式，创建了更多的桥梁，让交通可以更有效、更高效地进行。”

除此之外，研究人员使用的碳纳米管晶体管和电阻随机存取存储器（RRAM）新兴技术，让新型芯片比原本依靠硅技术制作的芯片更节能。这一点很重要，因为数据运行中心所需的巨大能源也是技术公司面临的另一个重大挑战。让数据可以在耗能非常低的情况下来运行，同时保证可观的运行速度，这是研究人员的目标。

研究人员表示，除了上述提到的节能优势，新型纳米技术还具有优于传统硅基技术的抗热优势，这也就保证了将芯片的存储器和逻辑电路叠加——让芯片变成3D造型后，不会出现温度过高而发生组件受损的问题。

有了新型技术作支撑的芯片将帮助人们解决很多大数据问题，特别是在需要运算的数据量极为庞大、算法异常复杂、仿真深层神经网络的人工智能领域。