MIT:n ja Stanfordin tutkijat kehittivät logiikan, muistin ja sensorit yhteen liittävän 3D-piirin

Erilaisten prosessoreiden suorituskyky jatkaa edelleen kasvuaan, mutta nurkan takana piilee jatkuvasti uhkakuvat vastaan tulevasta umpikujasta. Fysiikan lait tulevat väkisin eteen nykyisten piipohjaisten piirien kehityksessä ennemmin tai myöhemmin ja valmistustekniikoiden kehityksen hidastuminen on nähtävissä jo nyt. Suorituskyvyn kasvua hidastaa myös se fakta, että prosessorin ja muistien välinen kommunikaatio on edelleen verrattain hidasta.

MIT:n ja Stanfordin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet yhden mahdollisen ratkaisun tulevaisuuden ongelmiin rakentamalla kolmiulotteisen piirin, joka yhdistää perinteiset prosessorit ja muistisolut yhteen pakettiin.

Perinteiset piipohjaiset piirit vaativat valmistuksessaan yli tuhannen asteen lämpötiloja, mikä tekee kolmiulotteisten prosessoreiden valmistuksesta liki mahdotonta – alla oleva kerros vahingoittuisi, kun sen päälle rakennettaisiin uutta kerrosta korkeissa lämpötiloissa. Uuden piirin kehittäneet tutkijat käyttivät prototyyppipiirin rakentamiseen hiilinanoputkitransistoreja ja RRAM-soluja, joita voidaan valmistaa alle 200 asteen lämpötiloissa.

Kolmiulotteisessa piirissä hiilinanoputkitransistorit ja RRAM-solut on rakennettu kerroksittain päällekkäin ja kerrokset on yhdistetty toisiinsa erittäin tiiviillä lankaverkolla. Logiikka- ja muistikerrosten päälle on ladottu vielä kerros hiilinanoputkiin perustuvia sensoreita. Päällekkäin rakennetut kerrokset kykenevät kommunikoimaan keskenään nopeuksilla, joista perinteiset ratkaisut voivat vain unelmoida. Tiedotteen mukaan piirissä on yli miljoona RRAM-solua, yli kaksi miljoonaa hiilinanoputkitransistoria ja yli miljoona hiilinanoputkiin perustuvaa sensoria.

Yksi tutkijoiden testaamista käyttökohteista oli erilaisten kaasujen tunnistaminen 3D-prosessorin avulla. Piirin ylimpänä kerroksena toimivat sensorit tunnistavat kaasuja ja niiden mittaustulokset voidaan tallentaa ja prosessoida nopeasti paikallisesti saman piirin sisällä. Projektia johtanut Max Schulaker aikoo seuraavaksi jatkokehittää konseptia Analog Devices -yrityksen kanssa ja näkee esimerkiksi lääketieteen potentiaalisena kohteena sensorit ja laskentakyvyn yhteen piiriin integroiville prosessoreille.

Tarkempia tietoja ja syvempää ymmärrystä MIT:n ja Stanfordin yliopiston tutkijoiden kehittämästä prototyyppipiiristä on luettavissa MIT Newsin julkaisemasta artikkelista.