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美国科学家将逻辑与存储芯片结合构建“多层”芯片(1)
作者: 佚名 2014-12-18 16:16 【科技日报】

几十年来,“更小、更快、更便宜”已成为推动电子设备发展的魔咒。最近,美国斯坦福大学工程师又给它增加了第四个——更高。在12月15日至17日美国旧金山召开的电气和电子工程师协会(IEEE)国际电子设备大会上,斯坦福大学研究小组介绍了怎样构建一种“多层”芯片,能大大提高目前电路卡上单层的逻辑和存储芯片的性能。

让数字高速路由平面变立体

——科学家将逻辑与存储芯片结合构建“多层”芯片

斯坦福大学工程师开发出的四层“多层芯片”原型。底层和顶层是逻辑晶体管,中间是两层存储芯片层。垂直的管子是纳米级的电子“电梯”,连接逻辑层和存储层,让它们能一起工作解决问题。

左边是目前的单层电路卡,逻辑与存储芯片分隔在不同区,通过电线连接。就像城市街道,由于数据在逻辑区和存储区来来回回地传输,常会产生拥堵。右边是多层的逻辑芯片和存储芯片,形成一种“摩天大楼”式的芯片,数据通过纳米“电梯”实现立体传输,避免了拥堵。

电路卡就像繁忙的城市,在存储芯片上存储数据,通过逻辑芯片计算。当计算机繁忙时,连接逻辑芯片与存储芯片的线路就会发生“数字交通拥堵”,而“多层”芯片能终结这种拥堵。

这种新方案能在存储层上叠加逻辑层,紧密且互相连接,通过数千个纳米级的电子“电梯”在各层之间运输数据,将比目前单层逻辑芯片和存储芯片间的连线速度更快,耗电更少。

三项突破

这项研究由斯坦福大学电学工程与计算机科学教授萨博哈西斯·米特拉和H-S·菲利普·翁等人负责。据研究小组介绍,他们的创新研究取得了三项突破:第一是制造晶体管的新技术,晶体管是微小的门,通过开关电流来代表1和0;第二是新型的计算机存储器,具有多层结构;第三是把制造逻辑门和存储器的新技术整合在一起,成为多层结构的新技术,这与以往的堆叠芯片完全不同。

“这项研究还在早期阶段,但我们的设计和制造技术是可升级的。”米特拉说,“随着今后的发展,这种结构将会使计算机性能大大提高,超过现有任何计算机。”

翁说,这种芯片的原型已在去年的国际电子器件大会(IEDM)上展出过,显示了怎样把逻辑和存储芯片结合到一种能大规模生产的三维结构上。可以说,这改变了芯片的范式。“有了这种新结构,电子制造业会把你手中的计算机变成强大的超级计算机。”


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