Производительность вычислительных систем, построенных на базе традиционной структуры, зависит не только от вычислительной мощности центрального процессора, одним из факторов, ограничивающие производительность системы, является недостаточная ширина полосы пропускания интерфейса между процессором и оперативной пам’памятью. Решением этой проблемы может стать новая архитектура 3D-чипов, разработанная специалистами из Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета. Опытный образец чипа с такой архитектурой состоит из нескольких слоев, на которых расположены логические схемы и ячейки резистивной памяти’для, изготовленные из углеродных нанотрубок.
Опытный образец 3D-чипа есть “самой сложной электронной схемой, изготовленной с помощью современных нанотехнологий”. Использование углеродных нанотрубок позволяет избежать использования высокотемпературных производственных этапов, во время которых могут повредиться чувствительные элементы ячеек резистивной пам’для.
Опытный образец чипа состоит из четырех слоев. Первым слоем является довольно обычная кремниевая подложка, на поверхности которой находятся довольно обычные кремниевые логические цепи, выполняющих вспомогательные функции. Вторым слоем является собственно слой процессора, схема которого состоит из 2 миллионов транзисторов на базе углеродных нанотрубок. Третьим слоем является массив из одного миллиона ячеек резистивной пам’для, а на последнем слое находятся дополнительные логические цепи и активные элементы датчиков, построены на основе все тех же углеродных нанотрубок. Все слои пов’связаны с другими с помощью металлических межслойных с’єднань.
Как уже упоминалось выше, на верхнем слое опытного образца 3D-чипа располагался слой чувствительных элементов на базе углеродных нанотрубок, количество которых в данном случае составляло один миллион. Для демонстрации работы этих датчиков процессор чипа был запрограммирован для работы в качестве химического анализатора, который после этого оказался способным различать химические соединения, которые находятся в воздухе, то есть различать запахи.
Но самым главным в новой архитектуре 3D-чипов является то, что процессор и массив оперативной пам’для находящихся в непосредственной близости друг от друга. Зв’связывают их металлические проводники, которые имеют минимально возможную длину, что обеспечивает максимально возможную скорость обмена данными между пам’памятью и процессором.
И в заключение остается добавить, что данные работы проводились по заказу Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA и частично финансировались американским Научным фондом. На следующем этапе исследователи будут работать совместно со специалистами известной компании Analog Devices, разрабатывая новые варианты реализации технологий 3D-чипов. К сожалению, как и в случае с массой других проектов, в которых используются углеродные нанотрубки и графен, невозможно и предположить, когда же именно эти технологии доберутся до уровня их практического применения.
