重新定義數(shù)據(jù)處理的能源效率，具有千個(gè)晶體管的二維半導(dǎo)體問(wèn)世

研究人員制造了第一個(gè)基于二維半導(dǎo)體材料的內(nèi)存處理器，其中包含超過(guò)1000個(gè)晶體管，這是工業(yè)生產(chǎn)道路上的一個(gè)重要里程碑。

據(jù)最新一期《自然電子學(xué)》報(bào)道，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員提出了一種基于二硫化鉬的內(nèi)存處理器，用于數(shù)據(jù)處理的基本運(yùn)算之一——向量矩陣乘法。這種操作可用于數(shù)字信號(hào)處理和人工智能模型的實(shí)現(xiàn)，其效率提高可為整個(gè)信息通信行業(yè)節(jié)約大量能源。

新處理器將1024個(gè)元件組合在1平方厘米大小的芯片上。每個(gè)部件都有2d二硫化鉬晶體管和浮動(dòng)?xùn)艠O，通過(guò)在存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存電荷來(lái)控制每個(gè)晶體管的導(dǎo)電性。處理器與內(nèi)存的結(jié)合從根本上改變了處理器的計(jì)算執(zhí)行方式。

研究組表示，通過(guò)設(shè)定各晶體管的電導(dǎo)率，可以給處理器施加電壓，測(cè)定輸出，一次可以執(zhí)行模擬矢量矩陣乘法。

二硫化鉬的選擇在內(nèi)存處理器的開(kāi)發(fā)中發(fā)揮了非常重要的作用。與目前在計(jì)算機(jī)處理過(guò)程中使用最廣泛的半導(dǎo)體硅不同，二硫化鉬形成3個(gè)原子厚度的穩(wěn)定的單層，只與周?chē)h(huán)境發(fā)生微弱的相互作用。它的薄提供了生產(chǎn)非常小型零件的可能性。2010年，研究小組利用透明膠帶從晶體中提取單層材料，制造了第一個(gè)單二硫化鉬晶體管。

從單一晶體管發(fā)展到1000個(gè)以上的核心進(jìn)步是可沉積材料的質(zhì)量。經(jīng)過(guò)大量工程優(yōu)化后，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在可以生產(chǎn)覆蓋二硫化鉬均質(zhì)層的全晶片。它使他們能夠使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工具在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)集成電路，并將這種設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為物理電路，打開(kāi)了大規(guī)模生產(chǎn)的大門(mén)。

二硫化鉬與石墨相似，可以用作潤(rùn)滑劑，也可以用膠帶在表面粘上一層薄膜。二硫化鉬薄膜由于二維半導(dǎo)體的特性，有望克服晶體管微處理的瓶頸，制造速度更快、電力消耗更低、柔軟透明的新芯片。近年來(lái)，國(guó)際上單層二硫化鉬的制造等不斷突破，晶片質(zhì)量和零部件性能不斷探索局限，中國(guó)在這一方向上處于領(lǐng)先地位。在未來(lái)，人們將能夠開(kāi)發(fā)出耗電量低、可穿戴、可隨意彎曲的芯片和顯示屏。