Lógica y datos en un solo chip, ¿en 2021?

Lógica y datos en un solo chip

Poner en un mismo chip la lógica y los datos es un cambio sustancial en el juego, y si le sumamos inteligencia artificial más aún.

Los ingenieros del Laboratorio de Estructuras y Electrónica a Nanoescala de EPFL (LANES) unieron la lógica y los datos y han desarrollado un circuito de nueva generación que permite dispositivos más pequeños, más rápidos y con mayor eficiencia energética, lo que traerá grandes beneficios a los sistemas de inteligencia artificial. Su tecnología innovadora es la primera en utilizar material 2D para la denominada arquitectura lógica en memoria, o una arquitectura unificada que combina operaciones lógicas con una función de memoria.
Hasta ahora, la eficiencia energética de los microcircuitos informáticos se ha visto limitada por la arquitectura de von Neumann utilizada actualmente, en la que el procesamiento y el almacenamiento de datos se realizan en dos unidades separadas.

Esto significa que los datos deben transferirse constantemente entre dos dispositivos, lo que requiere una cantidad significativa de tiempo y energía.

Al combinar las dos unidades en un solo diseño, los ingenieros pueden reducir estas pérdidas.

Esta es la idea de un nuevo chip desarrollado en EPFL, aunque va un paso más allá de los dispositivos lógicos en memoria existentes.

El chip EPFL está hecho de MoS2, que es un material 2D formado por una capa de solo tres átomos de espesor. También es un gran semiconductor.

Los ingenieros de LANES ya estudiaron las propiedades específicas de MoS2 hace varios años y descubrieron que era particularmente adecuado para aplicaciones electrónicas.

El equipo ahora ha continuado esta investigación inicial para crear la tecnología de próxima generación.

El EPFL se basa en transistores de efecto de campo de puerta flotante (FGFET).

La ventaja de estos transistores es que pueden mantener cargas eléctricas durante mucho tiempo.

Se utilizan comúnmente en sistemas de memoria flash para cámaras, teléfonos inteligentes y computadoras.

Las propiedades eléctricas únicas de MoS2 lo hacen particularmente sensible a las cargas almacenadas en los FGFET, lo que permite a los ingenieros de LANES crear circuitos que actúan como dispositivos de memoria y transistores programables.

Usando MoS2, pudieron combinar múltiples funciones de procesamiento en un solo esquema y luego modificarlas como lo deseaban.
“Esta capacidad de los circuitos para realizar dos funciones es similar a la forma en que funciona el cerebro humano, donde las neuronas están involucradas tanto en el almacenamiento de recuerdos como en la realización de cálculos mentales”, dijo Andras Kis, director de LANES. –

El esquema tiene varias ventajas

Puede reducir el desperdicio de energía asociado con la transferencia de datos entre módulos de memoria y procesadores, reducir el tiempo requerido para las operaciones computacionales y reducir el espacio requerido. Esto abre la puerta a dispositivos más pequeños, más potentes y con mayor eficiencia energética “.

Conceptualizando la innovación

Los cristales atómicos de materiales bidimensionales que consisten en hojas individuales extraídas de materiales en capas están ganando cada vez más atención.

El material más conocido de este grupo es el grafeno, una capa única de grafito que puede extraerse del material a granel o cultivarse en un sustrato adecuado.

Descubrimiento y Premio Nobel

Su descubrimiento ha dado lugar a un intenso esfuerzo de investigación que culminó con el Premio Nobel de Física 2010 otorgado a Andre Geim y Konstantin Novoselov.

Sin embargo, el grafeno representa sólo la proverbial punta del iceberg, y la creciente atención de los investigadores se dirige ahora hacia el verdadero zoológico de los llamados “otros materiales 2D”.

Tienen propiedades complementarias al grafeno, que en su forma prístina carece de banda prohibida: MoS2, por ejemplo, es un semiconductor, mientras que NbSe2 es un superconductor.

Podrían contener la clave para importantes aplicaciones prácticas y nuevos descubrimientos científicos en el límite bidimensional.

Esta familia de materiales se ha estudiado desde la década de 1960, pero la mayor parte de la investigación se centró en sus aplicaciones tribológicas: el MoS2 es más conocido hoy en día como un lubricante seco de alto rendimiento para aplicaciones de vacío ultra alto y en motores de automóviles.

La comprensión de que las capas individuales de MoS2 y materiales relacionados también podrían usarse en dispositivos electrónicos funcionales donde podrían ofrecer ventajas en comparación con el silicio o el grafeno creó un interés renovado en estos materiales.

MoS2 está ganando la mayor atención actualmente porque el material está fácilmente disponible en forma de un mineral, molibdenita, pero se espera que otros semiconductores de dicalcogenuro de metal de transición 2D (TMD) tengan propiedades cualitativamente similares. describimos el progreso reciente en el área de dispositivos basados ​​en MoS2 de una sola capa para circuitos electrónicos.

 Información para tomadores de decisiones

Transistores MoS2

Comenzaremos con los transistores MoS2, que mostraron por primera vez que los dispositivos basados ​​en MoS2 y TMD relacionados podrían tener propiedades eléctricas al mismo nivel que otros materiales semiconductores más establecidos. Esto permitió un rápido progreso en esta área y fue seguido por demostraciones de circuitos digitales básicos y transistores que operan en el rango de frecuencias de gigahercios tecnológicamente relevante, lo que demuestra que la movilidad de los materiales MoS2 y TMD es lo suficientemente alta como para permitir el funcionamiento del dispositivo a frecuencias tan altas. MoS2 y otros TMD también son semiconductores de banda prohibida directa, lo que los hace interesantes para realizar dispositivos optoelectrónicos.

EPFL

Estos van desde fototransistores simples que muestran alta sensibilidad y bajo ruido, a diodos emisores de luz y células solares. Todas las propiedades electrónicas y optoelectrónicas de MoS2 y TMD están acompañadas de interesantes propiedades mecánicas, siendo el MoS2 monocapa tan rígido como el acero y 30 veces más resistente.

Esto lo hace especialmente interesante en el contexto de la electrónica flexible, donde podría combinar el alto grado de flexibilidad mecánica comúnmente asociado con los semiconductores orgánicos con altos niveles de rendimiento eléctrico.

Todos estos resultados muestran que MoS2 y TMD son materiales prometedores para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas.

Esto lo hace especialmente interesante en el contexto de la electrónica flexible, donde podría combinar el alto grado de flexibilidad mecánica comúnmente asociado con los semiconductores orgánicos con altos niveles de rendimiento eléctrico.

Todos estos resultados muestran que MoS2 y TMD son materiales prometedores para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas.

Esto lo hace especialmente interesante en el contexto de la electrónica flexible, donde podría combinar el alto grado de flexibilidad mecánica comúnmente asociado con los semiconductores orgánicos con altos niveles de rendimiento eléctrico.

Todos estos resultados muestran que MoS2 y TMD son materiales prometedores para aplicaciones electrónicas y optoelectrónicas.

 

Por Marcelo Lozano – General Publisher IT Connect Latam

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