Продуктивність обчислювальних систем, побудованих на базі традиційної структури, залежить не тільки від обчислювальної потужності центрального процесора, одним з факторів, що обмежують продуктивність системи, є недостатня ширина смуги пропускання інтерфейсу між процесором і оперативною пам’яттю. Рішенням цієї проблеми може стати нова архітектура 3D-чіпів, розроблена фахівцями з Массачусетського технологічного інституту і Стенфордського університету. Дослідний зразок чіпа з такою архітектурою складається з кількох шарів, на яких розташовані логічні схеми і осередки резистивної пам’яті, виготовлені з вуглецевих нанотрубок.
Дослідний зразок 3D-чіпа є “найскладнішою електронною схемою, виготовленої за допомогою сучасних нанотехнологій”. Використання вуглецевих нанотрубок дозволяє уникнути використання високотемпературних виробничих етапів, під час яких можуть пошкодитися чутливі елементи осередків резистивної пам’яті.
Дослідний зразок чіпа складається з чотирьох шарів. Першим шаром є досить звичайна кремнієва підкладка на поверхні якої знаходяться досить звичайні кремнієві логічні ланцюги, що виконують допоміжні функції. Другим шаром є власне шар процесора, схема якого складається з 2 мільйонів транзисторів на базі вуглецевих нанотрубок. Третім шаром є масив з одного мільйона осередків резистивної пам’яті, а на останньому шарі знаходяться додаткові логічні ланцюги і активні елементи датчиків, побудовані на основі все тих же вуглецевих нанотрубок. Всі верстви пов’язані з іншими за допомогою металевих міжшарових з’єднань.
Як уже згадувалося вище, на верхньому шарі дослідного зразка 3D-чіпа розташовувався шар чутливих елементів на базі вуглецевих нанотрубок, кількість яких в даному випадку становило один мільйон. Для демонстрації роботи цих датчиків процесор чіпа був запрограмований для роботи в якості хімічного аналізатора, який після цього виявився здатним розрізняти хімічні сполуки, які знаходяться в повітрі, тобто розрізняти запахи.
Але найголовнішим в новій архітектурі 3D-чіпів є те, що процесор і масив оперативної пам’яті знаходяться в безпосередній близькості один від одного. Зв’язують їх металеві провідники, які мають мінімально можливу довжину, що забезпечує максимально можливу швидкість обміну даними між пам’яттю і процесором.
І на закінчення залишається додати, що дані роботи проводилися на замовлення Управління перспективних дослідницьких програм Пентагону DARPA і частково фінансувалися американським Науковим фондом. На наступному етапі дослідники працюватимуть спільно з фахівцями відомої компанії Analog Devices, розробляючи нові варіанти реалізації технологій 3D-чіпів. На жаль, як і в випадку з масою інших проектів, в яких використовуються вуглецеві нанотрубки і графен, неможливо і припустити, коли ж саме ці технології доберуться до рівня їх практичного застосування.
