普渡大學(xué)研究團(tuán)隊開發(fā)出一種能同時計算和存儲的芯片

雷鋒網(wǎng)按，AI對算力提出了更高的要求，傳統(tǒng)的芯片面臨挑戰(zhàn)，不過在量子計算和類腦計算獲得長足發(fā)展之前，芯片算力的提升依舊依靠現(xiàn)有技術(shù)的提升和創(chuàng)新。存內(nèi)計算芯片在AI時代中也獲得了不少關(guān)注，不過普渡大學(xué)的工程師開發(fā)的方法是從材料的角度進(jìn)行創(chuàng)新，實現(xiàn)了芯片在計算的同時也可以存儲。研究人員稱，未來如果這種芯片的進(jìn)一步改進(jìn)將有利于類腦計算的發(fā)展。

計算機芯片使用兩個不同的組件來處理和存儲信息。如果工程師可以將兩種組件組合成一個或彼此相鄰放置，那么芯片上將有更多的空間，從芯片速度更快，性能更強大。

普渡大學(xué)（Purdue University）的工程師已經(jīng)開發(fā)出一種方法，將用于處理信息的數(shù)百萬個微型開關(guān)（通常稱為晶體管）也能在芯片上進(jìn)行信息的存儲。

這種方法在《自然電子》上發(fā)表的一篇論文中進(jìn)行了詳細(xì)介紹，它通過解決另一個問題來實現(xiàn)這一目標(biāo)：將晶體管與比大多數(shù)計算機中使用的性能更高的存儲技術(shù)相結(jié)合，稱為鐵電性RAM。

研究人員數(shù)十年來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作為片上的獨立單元運行，從而限制了其大幅提升計算效率的潛力。

由普渡大學(xué)電氣與計算機工程教授Peide Ye，Richard J.和Mary Jo Schwartz帶領(lǐng)的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了如何克服硅與鐵電材料之間致命的敵對關(guān)系的方法。

“我們使用了具有鐵電特性的半導(dǎo)體。兩種材料就變成一種材料，這樣就不必?fù)?dān)心接口問題。” Ye說。

結(jié)果就成為了所謂的鐵電半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其構(gòu)建方式與當(dāng)前計算機芯片上使用的晶體管相同。

α硒化銦材料不僅具有鐵電性能，而且還解決了“ 禁帶寬度 ” 通常充當(dāng)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并且沒有計算發(fā)生。

α-硒化銦的禁帶寬度小得多，這使得這種材料成為半導(dǎo)體而不會失去鐵電性能。

普渡大學(xué)電氣和計算機工程博士后研究員Mengwei Si構(gòu)建并測試了該晶體管，發(fā)現(xiàn)其性能可與現(xiàn)有的鐵電場效應(yīng)晶體管相媲美，并表示通過一步優(yōu)化性能還會更好。普渡大學(xué)電氣與計算機工程助理教授Sumeet Gupta，獲得博士學(xué)位的Atanu Saha對建模提供了支持。

Si和Ye的團(tuán)隊還與佐治亞理工學(xué)院的研究人員合作，將α-硒化銦建立在稱為鐵電隧道結(jié)的芯片空間中，工程師可以利用該空間來增強芯片的功能。該團(tuán)隊在12月9日在2019 IEEE國際電子設(shè)備會議上介紹了這項研究工作。

過去，研究人員無法建立高性能的鐵電隧道結(jié)，因為它的寬帶隙使材料太厚，無法通過電流。由于α-硒化銦的帶隙小得多，因此該材料的厚度僅為10納米，從而可以允許更多的電流流過。

更大的電流可以讓芯片的面積縮小至幾納米，從而使芯片的晶體管密度更高、更節(jié)能。Ye補充表示，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，這對于構(gòu)建模擬人腦的電路非常有用。

雷鋒網(wǎng)編譯，via Techxplore 雷鋒網(wǎng)

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