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

工程學院研究員倪凱通過 DARPA 的青年教師獎勵計劃獲得了改進計算內(nèi)存技術(shù)的資金。

羅徹斯特理工學院對用于計算的新型節(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 凱特格里森工程學院電氣工程助理教授Kai Ni獲得了推進替代材料和工藝以改進電子設(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劃局 (DARPA) 青年教師獎勵計劃的一部分，該計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)(整體計算機)中來開發(fā)能源效率和提高計算能力處理系統(tǒng)。

為了計算或提取數(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。“這確實是我們正在努力實現(xiàn)的目標，而且并不容易。”

倪因這個項目獲得了近 100 萬美元的獎金。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)，并改進人工智能和神經(jīng)形態(tài)計算技術(shù)開發(fā)的加速器。正在尋求這些技術(shù)來改進國防應(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)療保健到消費設(shè)備等各個行業(yè)進行開發(fā)。

RIT 凱特格里森工程學院院長Doreen Edwards說：“為了實現(xiàn)下一代計算所需的性能，迫切需要研究推動新型材料在實用和可擴展的微電子設(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?？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)等新材料可以改進處理并導(dǎo)致所需的計算機內(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)和改進存儲器的關(guān)鍵。這是鐵電技術(shù)的獨特品質(zhì)，并且正在人工智能芯片中進行廣泛測試，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)讓計算機變得更強大呢?這就是我們正在努力的方向，”倪說。“現(xiàn)在是進入電子產(chǎn)品的正確時機，因為有很多選擇可供探索。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?我們?nèi)绾纬?2D 芯片制作 3D 并將多個芯片堆疊在一起?以及如何構(gòu)建量子計算機——所有這些選項都令人興奮。我喜歡嘗試新事物，我希望我們的團隊能夠為這個領(lǐng)域做出貢獻。”