ارائه نسل جدید پردازنده با ماده دوبعدی حاوی 1000 ترانزیستور

همانطور که فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) داده‌ها را پردازش می‌کند، برق را نیز به گرما تبدیل می‌کند. در حال حاضر، ردپای CO۲ اکوسیستم جهانی ICT با هوانوردی رقابت می‌کند. با این حال، به‌نظر می‌رسد که بخش بزرگی از انرژی مصرف‌شده توسط پردازنده‌های کامپیوتری صرف انجام محاسبات نمی‌شود. در عوض، بخش عمده‌ای از انرژی مورد استفاده برای پردازش داده‌ها صرف انتقال بایت‌ها بین حافظه و پردازنده می‌شود.

در مقاله‌ای که در مجله Nature Electronics منتشر شده است، محققان آزمایشگاه الکترونیک و سازه‌های نانومقیاس (LANES) در EPFL یک پردازنده جدید ارائه کردند. در این سیستم، این ناکارآمدی با ادغام پردازش و ذخیره‌سازی داده‌ها بر روی یک دستگاه واحد رفع می‌شود. این فناوری به اصطلاح پردازنده درون حافظه است. آنها با ایجاد اولین پردازشگر درون حافظه بر اساس یک ماده نیمه‌هادی دو بعدی که بیش از ۱۰۰۰ ترانزیستور را تشکیل می‌دهد، نقطه عطفی کلیدی در مسیر تولید صنعتی این قطعه ایجاد کردند.

به گفته آندراس کیس، که این مطالعه را رهبری کرد، مقصر اصلی ناکارآمدی پردازنده‌های امروزی، معماری فون نویمان، به‌طور خاص، جداسازی فیزیکی اجزای مورد استفاده برای انجام محاسبات و ذخیره داده‌ها است. به‌دلیل این جدایی، پردازنده‌ها برای انجام محاسبات نیاز به بازیابی داده‌ها از حافظه دارند که شامل حرکت بارهای الکتریکی، شارژ و تخلیه خازن‌ها و انتقال جریان در طول خطوط است که همگی انرژی را تلف می‌کنند.

تا حدود ۲۰ سال پیش، این معماری منطقی بود، زیرا انواع مختلفی از دستگاه‌ها برای ذخیره‌سازی و پردازش داده‌ها مورد نیاز بود. اما معماری فون نویمان به طور فزاینده‌ای با جایگزین‌های کارآمدتر به چالش کشیده می‌شود. کیس توضیح می‌دهد: امروزه، تلاش‌های مداومی برای ادغام ذخیره‌سازی و پردازش در یک پردازنده‌های حافظه انجام می‌شود که حاوی عناصری هستند که هم به‌عنوان حافظه و هم به‌عنوان ترانزیستور کار می‌کنند. آزمایشگاه او راه‌هایی را برای دستیابی به این هدف با استفاده از دی سولفید مولیبدن (MoS۲)، یک ماده نیمه هادی، ارائه کرده است.

آنها در این پروژه، یک پردازنده حافظه مبتنی بر MoS۲ را ارائه می‌کنند که بهبود در کارایی آن می‌تواند صرفه جویی قابل توجهی در انرژی در کل بخش ICT به همراه داشته باشد.

پردازنده آنها ۱۰۲۴ عنصر را در یک تراشه یک در یک سانتی متر ترکیب می‌کند. هر عنصر شامل یک ترانزیستور ۲ بعدی MoS۲ و همچنین یک دروازه شناور است. انتخاب MoS۲ نقش حیاتی در توسعه پردازنده درون حافظه آنها ایفا کرده است، MoS۲ یک نیمه هادی تک لایه پایدار با ضخامت تنها سه اتم است.