С Spintronics, Intel видит эффективность, масштабирование плотности далеко за пределами CMOS

Обычное масштабирование CMOS вошло в состояние окончательного снижения. Это базовый вынос, когда вы разрезаете маркетинговую информацию от компаний и смотрите на ожидаемые улучшения, предлагаемые на будущих узлах. 7nm по-прежнему будет предлагать значительное улучшение по сравнению с 16 / 14nm, ожидается, что 5 нм достигнет меньших (хотя и заметных) выигрышей, и, несмотря на это, все ставки отключены. Есть опасения, что узлы ниже 5 нм могут не быть коммерчески устойчивыми, поскольку из-за того, что доходы сокращаются по мере роста расходов, а также потому, что количество клиентов, желающих выплатить премии, увеличивается каждый раз, что требует более высоких затрат на меньшее количество фирм ,

Мы видели любое количество предложений, которые могли бы принести краткосрочные выгоды, такие как принятие микрожидкостных каналов охлаждения или превосходных материалов теплопередачи в самом процессоре, но не было никаких возможностей для повышения, которое могло бы привести к увеличению масштабирования, даже приближаясь к Хорошему Закон о старых днях Мура и скрининг Деннарда.

Сегодня исследователи Intel опубликовали статью в Природе, которая может указать путь к решению этого, казалось бы, неразрешимого положения дел. С одной стороны, это действительно интересные новости. Как говорится в документе:

Здесь мы предлагаем масштабируемое спинтронное логическое устройство, которое работает через спин-орбитальную трансдукцию (связь электронного момента электрона с его линейным импульсом) в сочетании с магнитоэлектрическим переключением. Устройство использует передовые квантовые материалы, особенно коррелированные оксиды и топологические состояния вещества, для коллективного переключения и обнаружения ... [I] n сравнению с технологией CMOS наше устройство обладает превосходной энергией переключения (в 10-30 раз), более низким коммутационным напряжением ( в 5 раз) и повышенной логической плотностью (в 5 раз). Кроме того, его нелетучесть обеспечивает сверхнизкую резервную мощность, что крайне важно для современных вычислений.

Это могло бы - и я подчеркиваю, может быть одним из первых шагов к возобновлению чего-то, похожего на «классическое» масштабирование полупроводников. Одна из причин, почему мы не видели, что производители стремятся к принятию определенных процессов и потенциальных улучшений, состоит в том, что выгоды требуют значительных инвестиций или производственных изменений для того, что по сути является одноразовыми улучшениями. То, что хотят полупроводниковые фирмы, - это дорожная карта, которая обещает дать улучшения как в краткосрочной, так и долгосрочной перспективе. После оценки более чем 25 предложений за пределами CMOS-вычислений Intel считает, что MESO - это название этой новой архитектуры, для магнитоэлектрической спиновой орбиты - имеет самые долгосрочные перспективы для улучшения масштабирования напряжения, масштабирования межсоединений, повышения энергоэффективности и масштабирования над несколькими поколениями.

Устройство построено из магнитоэлектрического переключающего конденсатора, ферромагнетика и модуля преобразования спин-заряда. Spintronics (портманто «электроники спинового транспорта») фокусируется на использовании спина электрона и его магнитного момента в качестве средства выполнения вычислительной активности. У устройств Spintronic есть намного более низкие требования к потреблению энергии, чем обычные машины, и они могут хранить данные в памяти, не тратя энергию на это. Сообщается, что Intel уменьшила напряжение, необходимое для мультиферроического материала от 3 до 500 мВ, и полагает, что они могут уменьшить его, вплоть до 100 мВ. Сегодня это намного ниже того, что используется.

Intel MESO имеет еще одно преимущество перед CMOS - это может значительно снизить потребляемую мощность для межсоединений. Мы поговорили с Сасикантом Манипатруни, директором по интеграции и производству функциональной электроники в Intel и автором статьи. По его словам, мощность соединения составляет до 50 процентов общего энергопотребления процессора в зависимости от того, что делает чип. Трудности в масштабировании скорости межсетевого соединения и общей производительности являются критическим компонентом так называемой «стены памяти» или разрыва между процессорными тактами и производительностью памяти. Усадки технологических узлов давно перестали быть полезными для медных проводов внутри микропроцессоров, что является частью того, почему AMD 7-нм Epyc процессоры AMD решили бросить все свои контроллеры ввода / вывода и DRAM в выделенную 14-нм матрицу и использовать 7 нм для ядер процессора самих себя.

Но MESO не полагается на сопротивление и емкость крошечных проводов - и это означает, что он не ограничен теми же факторами производительности или проблемами. Его требования к сопротивлению на 20-100x менее жесткие, чем обычные межсоединения, в то время как его требования к емкости в 100 раз менее жесткие. По словам Манипатруни, MESO может сократить мощность связи на порядок по сравнению с обычными подходами.

В настоящее время не ясно, сколько дополнительных ресурсов будет достигнуто за счет внедрения этих вычислительных методов. Собственная работа Intel показывает эквивалентную производительность между устройством 0,1 EV MESO и маломощным CMOS-устройством с низким энергопотреблением с входным напряжением 0,3 В, но для начала они являются продуктами с ультранизким энергопотреблением. Опять же, экономия энергии в одной области дизайна устройства часто дает разработчикам возможность использовать ее в другом месте. MESO и обычные схемы CMOS теоретически могут использоваться в одной и той же микросхеме, что позволяет выборочно улучшать некоторые области работы, не требуя создания такой конструкции.

Неизбежные предостережения

Я бы предостерег от предположения, что любая из этих работ появится в продуктах в ближайшем будущем. Исторически, это занимает 12-15 лет с момента прорыва, когда этот прорыв имеет тенденцию появляться в товарах для доставки, как показано на следующем графике:

Переход на MESO из CMOS был бы большим скачком, чем любой из них, но он представляет собой потенциальный путь вперед за счет принятия доменных архитектур (специализированные AI-чипы и графические процессоры являются примерами последних).

«MESO - это устройство, построенное из квантовых материалов с комнатной температурой», - сказал Манипатруни. «Это пример того, что возможно, и, надеюсь, инициирует инновации в промышленности, научном сообществе и национальных лабораториях. Ряд важных материалов и технологий еще предстоит разработать, чтобы позволить новому типу вычислительных устройств и архитектур ».

Intel также работает над этим проектом уже восемь лет. Но есть огромное количество открытий и достижений, которые должны произойти до того, как какой-либо коммерческий продукт выйдет на рынок. В ближайшей перспективе мы все еще придерживаемся 7nm, 5nm, и все, что может выйти за пределы 5 нм, можно найти жизнеспособный и экономически выгодный путь вперед.

Объем земли еще предстоит покрыть между устройствами MESO, которые Intel обсуждает в Природе, и, скажем, Core i9-9900K нельзя недооценивать. Но тот факт, что Intel думает, что он, возможно, нашел путь вперед, чтобы снова масштабировать область устройства, уменьшить мощность соединения и значительно сократить потребление энергии, важно, если только по этой причине: впервые за много лет мы слышали кого-то делают такие претензии, которые не полагаются на огромные успехи в проблемных новых исследовательских материалах, таких как графен (или «графен»). С MESO все еще есть проблемы и проблемы, и вполне возможно, что некоторые из них могут быть достаточно значительными, чтобы предотвратить коммерциализацию, но это все еще кажется многообещающим.

Кредит на лучший имидж: Getty Images

Читать далее

Посмотрите вверх: сегодня вечером вы можете увидеть все планеты в нашей солнечной системе

Вы, наверное, видели схемы Солнечной системы, на которых планеты расположены красивыми, упорядоченными линиями, но на самом деле они часто находятся по ту сторону Солнца от Земли. Мы переживаем период, когда все планеты видны. Просто нужно знать, где и когда смотреть.

Samsung представит семейство S21 в распакованном виде 14 января

Среди новых устройств будет Galaxy S21 Ultra с новой поддержкой S Pen, но нам не нужно ждать, чтобы увидеть, как это будет работать. Есть утечка, которая раскрывает новый S Pen и неуклюжие футляры к нему.

Nvidia анонсирует видеокарту RTX 3060, запуск которой состоится в феврале по цене 329 долларов

Новые видеокарты RTX 3000 от Nvidia представляют собой значительное улучшение по сравнению с картами RTX последнего поколения, но поиск новейших и лучших может быть проблемой. Предложение может немного снизиться в следующем месяце с запуском последнего графического процессора Nvidia, RTX 3060.

Как повысить производительность старых видеокарт

Поскольку коронавирус разрушает мировую экономику, вы, вероятно, не планируете в ближайшем будущем серьезное обновление графического процессора. Если вы застряли дома на старом оборудовании и вам нужно сэкономить свои копейки, это руководство может помочь вам выжать немного больше производительности из старой видеокарты.