微電子工程教授開發(fā)用于改進(jìn)存儲和計(jì)算的內(nèi)存技術(shù)的選項(xiàng)

工程學(xué)院研究員倪凱通過 DARPA 的青年教師獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃獲得了改進(jìn)計(jì)算內(nèi)存技術(shù)的資金。

羅徹斯特理工學(xué)院對用于計(jì)算的新型節(jié)能材料的研究可以改善檢索大量數(shù)據(jù)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的瓶頸，阻礙處理吞吐量和能源效率。

RIT 凱特格里森工程學(xué)院電氣工程助理教授Kai Ni獲得了推進(jìn)替代材料和工藝以改進(jìn)電子設(shè)備存儲、檢索和處理大數(shù)據(jù)的方式的資金。這筆資金是國防高級研究計(jì)劃局 (DARPA) 青年教師獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃的一部分，該計(jì)劃授予探索國家安全領(lǐng)域技術(shù)的早期職業(yè)教師研究人員。

Ni 是半導(dǎo)體和新型計(jì)算存儲技術(shù)領(lǐng)域的專家。他的工作是在鐵電領(lǐng)域，這是一個(gè)新興領(lǐng)域，通過新材料的集成、設(shè)備的物理建模以及將開發(fā)的設(shè)備更有效地應(yīng)用到加速器系統(tǒng)架構(gòu)(整體計(jì)算機(jī))中來開發(fā)能源效率和提高計(jì)算能力處理系統(tǒng)。

為了計(jì)算或提取數(shù)據(jù)，用戶必須將數(shù)據(jù)從內(nèi)存移動到計(jì)算設(shè)備的應(yīng)用程序中。一旦完成功能，數(shù)據(jù)將被重新存儲。Ni 解釋說，這種移動，尤其是大型數(shù)據(jù)集的移動，成為了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。

“挑戰(zhàn)在于記憶?；旧?，將數(shù)據(jù)從內(nèi)存中取出到 CPU 需要更多的精力和時(shí)間，因此將數(shù)據(jù)從存儲中移出消耗的能量最多;這是我們正在努力解決的瓶頸，” RIT電氣與微電子工程系納米電子器件與系統(tǒng)組主任 Ni 說。“這確實(shí)是我們正在努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，而且并不容易。”

倪因這個(gè)項(xiàng)目獲得了近 100 萬美元的獎(jiǎng)金。該研究領(lǐng)域的趨勢顯示出更節(jié)能處理的前景，工作旨在確認(rèn)使用鐵電材料來加速應(yīng)用，例如處理大量大數(shù)據(jù)，并改進(jìn)人工智能和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算技術(shù)開發(fā)的加速器。正在尋求這些技術(shù)來改進(jìn)國防應(yīng)用中的數(shù)據(jù)和信號處理、安全編碼和資源管理，但它們也正在從醫(yī)療保健到消費(fèi)設(shè)備等各個(gè)行業(yè)進(jìn)行開發(fā)。

RIT 凱特格里森工程學(xué)院院長Doreen Edwards說：“為了實(shí)現(xiàn)下一代計(jì)算所需的性能，迫切需要研究推動新型材料在實(shí)用和可擴(kuò)展的微電子設(shè)備中的使用。” “倪博士的研究不僅有助于開發(fā)新技術(shù)，還將有助于培養(yǎng)RIT的下一代微電子和微系統(tǒng)工程師。”

鐵電物質(zhì)，例如鈣鈦礦，一種半導(dǎo)體材料，直到最近才成為光電器件和技術(shù)研究的重點(diǎn)?？捎糜谥谱鲹Q能器或電容器;然而，如果沒有特殊處理，一些材料不容易集成——特別是能夠縮小規(guī)模，尤其是在當(dāng)今設(shè)備功率需求增加的情況下。Ni 的早期發(fā)現(xiàn)表明，利用氧化鉿(一種電絕緣體，被發(fā)現(xiàn)是鐵電體)等新材料可以改進(jìn)處理并導(dǎo)致所需的計(jì)算機(jī)內(nèi)存和邏輯功能的集成。

盡管在使用它的領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破，但 Ni 表示，將其集成到半導(dǎo)體設(shè)備中仍然存在挑戰(zhàn)。雖然它具有改進(jìn)應(yīng)用程序處理所需的電氣特性，但晶體管小區(qū)域的縮放過程是開發(fā)和改進(jìn)存儲器的關(guān)鍵。這是鐵電技術(shù)的獨(dú)特品質(zhì)，并且正在人工智能芯片中進(jìn)行廣泛測試，以加速神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

“封裝更多晶體管和封裝更多計(jì)算資源的傳統(tǒng)方法不再可持續(xù)，那么我們?nèi)绾尾拍芾^續(xù)讓計(jì)算機(jī)變得更強(qiáng)大呢?這就是我們正在努力的方向，”倪說。“現(xiàn)在是進(jìn)入電子產(chǎn)品的正確時(shí)機(jī)，因?yàn)橛泻芏噙x擇可供探索。我們正在尋求模擬大腦——我們?nèi)绾尾拍転楦咝У脑O(shè)備做到這一點(diǎn)?我們?nèi)绾纬?2D 芯片制作 3D 并將多個(gè)芯片堆疊在一起?以及如何構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)——所有這些選項(xiàng)都令人興奮。我喜歡嘗試新事物，我希望我們的團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域做出貢獻(xiàn)。”