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CPU使用新的自适应技术,可将所需晶体管数量减少85%

2021-12-29 阅读:
维也纳科技大学的一组研究人员进化出了计算最基本的单元:晶体管。利用元素锗 (Ge),他们开发了一种新的自适应晶体管设计,可以根据工作负载要求即时更改其配置。它的潜力巨大,因为它可以使使用的晶体管比目前的方法少 85%。

维也纳科技大学的一组研究人员进化出了计算最基本的单元:晶体管。利用元素锗 (Ge),他们开发了一种新的自适应晶体管设计,可以根据工作负载要求即时更改其配置。CwRednc

它的潜力巨大,因为它可以使使用的晶体管比目前的方法少 85%。此外,对于相同的工作,使用更少的晶体管,功耗和温度就会降低,从而实现更高的频率缩放和性能。CwRednc

晶体管——尤其是场效应晶体管 (FET)——是半导体设计的基本单元:三个元素协同工作,开启我们的技术体验。就像水闸控制水是否流动一样,晶体管控制电流是否从源极(第一个元件)流向漏极(第二个元件)。然而,晶体管本身并不是很聪明。事实上,如果没有它的控制电极的输入,它就会变得毫无用处。扩展水的比喻,只有当你可以控制水是否流过水坝时,水坝才非常有用。因此我们需要第三个基本元素——晶体管的栅极. 晶体管的三部分简单性使我们能够将数十亿个晶体管塞入最新的高性能芯片中。CwRednc

晶体管的简单性确实有一个警告:功能。虽然晶体管可以承担许多不同的功能,但这些功能本身很简单。通过将许多小的、简单的晶体管(在集成电路中)添加在一起,可以解锁更高阶的性能和更复杂的工作负载。一定数量的晶体管,按照一定的方式排列,可以变成Zen 3核心;它们还可以变成 Nvidia CUDA 核心或额外的内存缓存块。CwRednc

记住英特尔的滴答声(以及后来的股票股票)策略?在这些方面,tock(微架构变化)本质上对应于可以通过重新排列和重新设计晶体管块来解锁的性能改进。一个滴答声(制造节点的变化)增加了可供工程师在日益复杂的电路中使用的晶体管数量。英特尔tick-tock 战略的消亡表明晶体管密度的提升正变得越来越难以实现。虽然材料和设计研究已经设计出许多改进晶体管的方法,但它们的基本设计保持不变。在缺乏变化的地方,就有机会:重新设计晶体管可以带来什么好处?CwRednc

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长期以来,晶体管小型化一直在带来收益递减。 (图片来源:Lightelligence)CwRednc

“由于适应性增强,以前需要 160 个晶体管的算术运算现在可以使用 24 个晶体管。这样,电路的速度和能效也可以显着提高,”Walter Weber 教授解释说,他是该委员会的成员。团队。换句话说,新的自适应晶体管可以将给定工作负载所需的晶体管数量减少多达 85%。此外,由于用于相同工作的晶体管数量更少,整个设计中的功耗、温度和泄漏点都会降低——这反过来又会允许更高的频率缩放和性能。CwRednc

“我们通过极其干净的高质量接口,用一根由锗制成的极细线连接两个电极,”研究团队成员马西亚尔·西斯塔尼 (Masiar Sistani) 博士解释说。“在锗部分上方,我们放置了一个栅电极,就像传统晶体管中的栅电极一样。决定性的是,我们的晶体管在锗和金属之间的界面上还有一个控制电极。它可以动态地对晶体管的功能进行编程。 ”CwRednc

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研究团队:Walter Weber、Masiar Sistani 和 Raphael Böckle(从左到右) (图片来源:维也纳科技大学)CwRednc

这个额外的控制电极(程序门)基本上允许研究人员改变晶体管的行为方式。典型的单电极晶体管通过自由移动的电子(带有负电荷)或通过从单个原子中去除一个电子,使它们带正电来传输电流。锗桥的加入使得新的晶体管设计能够在这两种传输状态之间无缝切换。CwRednc

“我们使用锗的事实是一个决定性的优势,”Sistani 博士解释说。“这是因为锗具有非常特殊的电子结构:当你施加电压时,正如你所期望的那样,电流最初会增加。然而,在某个阈值之后,电流再次减小——这被称为负微分电阻。随着在控制电极的帮助下,我们可以调节这个阈值所在的电压。这会产生新的自由度,我们可以使用它来准确地赋予晶体管我们目前需要的特性。”CwRednc

令人惊讶的是,该技术有望快速扩展和部署:在半导体行业中使用的材料都不是新的,也不需要新的专用工具。但是,当然,任何最初的采用都会受到限制,研究人员认为,他们的自适应晶体管将作为某些半导体设计的附加组件,在需要时加以利用。CwRednc

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责编:DemiCwRednc

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