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(noticias nanowerk) A medida que las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) procesan datos, convierten la electricidad en calor. Las emisiones de CO2 del ecosistema global de las TIC ya son elevadas2 La huella es comparable a la de la aviación. Sin embargo, resulta que una gran parte de la energía utilizada por los procesadores de las computadoras no se utiliza para realizar cálculos. En cambio, la mayor parte de la energía gastada en procesar datos se gasta en transportar bytes entre la memoria y el procesador.
En un artículo publicado en la revista Electrónica de la naturaleza (“Procesador de multiplicación de matrices vectoriales integrado a gran escala basado en MoS monocapa2«), investigadores de la Escuela de Ingeniería de la EPFL en el Laboratorio de Estructuras y Electrónica a Nanoescala (LANES) presentan un nuevo procesador que aborda esta ineficiencia integrando el procesamiento y almacenamiento de datos en un solo dispositivo, llamado procesador en memoria. Rompieron con El desarrollo del primer procesador en memoria basado en un material semiconductor bidimensional con más de 1.000 transistores abrió nuevos caminos y representó así un hito importante en el camino hacia la producción industrial.
El legado de von Neuman
Según Andras Kis, director del estudio, la arquitectura común de von Neumann es la principal razón de la ineficiencia de las CPU actuales. Específicamente, implica la separación física de los componentes utilizados para realizar cálculos y almacenar datos. Debido a esta separación, los procesadores deben recuperar datos de la memoria para realizar cálculos. Esto incluye mover cargas eléctricas, cargar y descargar condensadores y transferir corriente a lo largo de líneas, todo lo cual implica pérdidas de energía.
Hasta hace unos 20 años, esta arquitectura tenía sentido porque se requerían diferentes tipos de dispositivos para el almacenamiento y procesamiento de datos. Pero la arquitectura von Neumann se ve cada vez más cuestionada por alternativas más eficientes. «Hoy en día, se están realizando esfuerzos para fusionar la memoria y el procesamiento en un procesador en memoria de uso más general que incluya elementos que funcionen como memoria y transistor», explica Kis. Su laboratorio ha estado buscando formas de lograr este objetivo utilizando disulfuro de molibdeno (MoS).2), un material semiconductor.
Una nueva arquitectura de procesador bidimensional
En tus Electrónica de la naturaleza Guilherme Migliato Marega, estudiante de doctorado en LANES, y sus coautores presentan un MoS2-Procesador en memoria basado en dedicado a una de las operaciones fundamentales en el procesamiento de datos: la multiplicación de matrices vectoriales. Este proceso es omnipresente en el procesamiento de señales digitales y la implementación de modelos de inteligencia artificial. Las mejoras en la eficiencia podrían conducir a importantes ahorros de energía en todo el sector de las TIC.
Su procesador combina 1024 elementos en un chip de uno a uno de un centímetro. Cada elemento consta de un MoS 2D.2Transistor y puerta flotante que se utilizan para almacenar una carga en su memoria que controla la conductividad de cada transistor. Acoplar el procesamiento y la memoria cambia fundamentalmente la forma en que el procesador realiza el cálculo. «Al ajustar la conductividad de cada transistor, podemos realizar la multiplicación de matrices vectoriales analógicas en un solo paso aplicando voltajes a nuestro procesador y midiendo la salida», explica Kis.
Un gran paso hacia la aplicación práctica
La elección del material – MoS2 – jugó un papel crucial en el desarrollo de su procesador en memoria. En primer lugar, MoS2 es un semiconductor, un requisito previo para el desarrollo de los transistores. A diferencia del silicio, el MoS es el semiconductor más utilizado en los procesadores de ordenadores actuales.2 Forma una monocapa estable de sólo tres átomos de espesor que interactúa sólo débilmente con su entorno. Su delgadez ofrece el potencial de producir dispositivos extremadamente compactos. Después de todo, es un material que el laboratorio de Kis conoce bien. En 2010 crearon su primer sencillo MoS.2 Transistor que utiliza una monocapa del material despegado de un cristal con cinta adhesiva.
En los últimos 13 años, sus procesos han madurado significativamente, siendo las contribuciones de Migliato Marega un papel clave. “El avance clave para pasar de un solo transistor a más de 1.000 ha sido la calidad del material que podemos depositar. Después de muchas optimizaciones del proceso, ahora podemos producir obleas enteras cubiertas con una capa homogénea de MoS uniforme.2. Esto nos permite utilizar herramientas estándar de la industria para diseñar circuitos integrados en una computadora y traducir esos diseños en circuitos físicos, allanando el camino hacia la producción en masa”, dice Kis.
Reactivación de la fabricación europea de chips
Más allá de su valor puramente científico, Kis ve este resultado como una prueba de la importancia de una estrecha cooperación científica entre Suiza y la UE, especialmente en el contexto de la Ley Europea de Chips, cuyo objetivo es fortalecer la competitividad y la resiliencia de Europa en las aplicaciones de tecnología de semiconductores. “La financiación de la UE ha sido crucial tanto para este proyecto como para los proyectos anteriores, incluido el proyecto que financió el trabajo en el primer MoS.2 Transistor, lo que demuestra su importancia para Suiza”, afirma Kis.
«Al mismo tiempo, muestra cómo el trabajo que se está llevando a cabo en Suiza puede beneficiar a la UE en su intento de revitalizar la fabricación de productos electrónicos». En lugar de correr la misma carrera que todos los demás, la UE podría, por ejemplo, centrarse en el desarrollo de no centrarse en las arquitecturas de procesamiento de von Neumann para aceleradores de IA y otras aplicaciones emergentes. Al definir su propia raza, el continente podría ganar ventaja y asegurar una posición fuerte en el futuro”, concluye.
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