Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"EPFL araştırmacıları, MoS2 kullanarak 1000'den fazla transistörü bir araya getiren enerji tasarruflu bir bellek içi işlemci üretti. Vektör-matris çarpımını verimli bir şekilde gerçekleştiren bu işlemci, geleneksel von Neumann mimarisinden uzaklaşmayı temsil ediyor ve Avrupa yarı iletken endüstrisini canlandırabilir."
A Milestone in Computing: 2D In-Memory Processor With Over 1000 Transistors
EPFL araştırmacıları tarafından geliştirilen ve 2D yarı iletken malzemeler kullanan ilk büyük ölçekli bellek içi işlemci, ICT sektörünün enerji ayak izini önemli ölçüde azaltabilir.
Bilgi ve iletişim teknolojileri (ICT) verileri işlerken elektriği ısıya dönüştürmektedir. Bugün bile, küresel ICT ekosisteminin CO2 ayak izi havacılığınkine rakiptir. Ancak bilgisayar işlemcileri tarafından tüketilen enerjinin büyük bir kısmının hesaplama yapmaya gitmediği ortaya çıktı. Bunun yerine, verileri işlemek için kullanılan enerjinin büyük bir kısmı bellek ile işlemci arasında baytların mekik dokuması için harcanıyor.
Nature Electronics dergisinde 13 Kasım'da yayınlanan bir makalede, EPFL Mühendislik Fakültesi Nano Ölçekli Elektronik ve Yapılar Laboratuvarı'ndan (LANES) araştırmacılar, veri işleme ve depolamayı tek bir cihaza entegre ederek bu verimsizliğin üstesinden gelen ve bellek içi işlemci olarak adlandırılan yeni bir işlemci sunuyor. İki boyutlu yarı iletken bir malzemeye dayanan ve 1000'den fazla transistör içeren ilk bellek içi işlemciyi üreterek bir ilke imza atan araştırmacılar, endüstriyel üretime giden yolda önemli bir kilometre taşına imza attılar.
Nature Electronics dergisinde yayınlanan bir makalede, EPFL Mühendislik Fakültesi Nano Ölçekli Elektronik ve Yapılar Laboratuvarı'ndan (LANES) araştırmacılar, veri işleme ve depolamayı tek bir cihaza entegre ederek bu verimsizliğin üstesinden gelen ve bellek içi işlemci olarak adlandırılan yeni bir işlemci sunuyor. İki boyutlu yarı iletken malzemeye dayanan ve 1000'den fazla transistör içeren ilk bellek içi işlemciyi yaratarak bir ilke imza atan araştırmacılar, endüstriyel üretime giden yolda önemli bir kilometre taşına imza attılar. Kaynak: 2023 EPFL / Alan Herzog
Von Neuman'ın Mirası
Çalışmayı yöneten Andras Kis'e göre, günümüz CPU'larının verimsizliğinin ardındaki ana suçlu, evrensel olarak benimsenen von Neumann mimarisidir. Özellikle de hesaplama yapmak ve veri depolamak için kullanılan bileşenlerin fiziksel olarak birbirinden ayrılması. Bu ayrılık nedeniyle, işlemcilerin hesaplamaları gerçekleştirmek için bellekten veri almaları gerekiyor; bu da elektrik yüklerini hareket ettirmeyi, kapasitörleri şarj etmeyi ve boşaltmayı ve akımları hatlar boyunca iletmeyi içeriyor - bunların hepsi enerjiyi dağıtıyor.
Yaklaşık 20 yıl öncesine kadar, veri depolama ve işleme için farklı türde cihazlar gerektiğinden bu mimari mantıklıydı. Ancak von Neumann mimarisi giderek daha verimli alternatifler tarafından sorgulanmaktadır. Kis, "Günümüzde, depolama ve işlemeyi hem bellek hem de transistör olarak çalışan öğeler içeren daha evrensel bir bellek içi işlemcide birleştirme çabaları devam ediyor" diye açıklıyor. Laboratuvarı, yarı iletken bir malzeme olan molibden disülfür (MoS2) kullanarak bu hedefe ulaşmanın yollarını araştırıyor.
Yeni Bir İki Boyutlu İşlemci Mimarisi
LANES'te doktora asistanı olan Guilherme Migliato Marega ve ortak yazarları, Nature Electronics'teki makalelerinde, veri işlemedeki temel işlemlerden biri olan vektör-matris çarpımına adanmış MoS2 tabanlı bir bellek içi işlemci sunuyor. Bu işlem, dijital sinyal işlemede ve yapay zeka modellerinin uygulanmasında her yerde bulunur. Verimliliğindeki iyileştirmeler, tüm ICT sektörü genelinde önemli enerji tasarrufu sağlayabilir.
İşlemcileri 1024 elemanı bir santimetreye bir çip üzerinde birleştiriyor. Her bir eleman bir 2D MoS2 transistörün yanı sıra, her bir transistörün iletkenliğini kontrol eden belleğinde bir yük depolamak için kullanılan bir kayan geçitten oluşuyor. İşlem ve belleğin bu şekilde birleştirilmesi, işlemcinin hesaplamayı nasıl gerçekleştirdiğini temelden değiştiriyor. Kis, "Her transistörün iletkenliğini ayarlayarak, işlemcimize voltaj uygulayarak ve çıktıyı ölçerek tek bir adımda analog vektör-matris çarpımı gerçekleştirebiliriz" diye açıklıyor.
Pratik Uygulamalara Büyük Bir Adım Daha Yaklaşıldı
Malzeme seçimi - MoS2 - bellek içi işlemcilerinin geliştirilmesinde hayati bir rol oynamıştır. Birincisi, MoS2 bir yarı iletkendir - transistörlerin geliştirilmesi için bir gerekliliktir. Günümüz bilgisayar işlemcilerinde en yaygın kullanılan yarı iletken olan silikonun aksine MoS2, çevresiyle yalnızca zayıf etkileşime giren, yalnızca üç atom kalınlığında kararlı bir tek katman oluşturur. İnceliği, son derece kompakt cihazlar üretme potansiyeli sunuyor. Son olarak, Kis'in laboratuvarının iyi bildiği bir malzeme. 2010 yılında, seloteyp kullanarak bir kristalden soydukları malzemenin tek katmanını kullanarak ilk tek MoS2 transistörlerini ürettiler.
Geçtiğimiz 13 yıl boyunca, Migliato Marega'nın katkılarının kilit rol oynadığı süreçleri önemli ölçüde olgunlaştı. "Tek bir transistörden 1000'in üzerine çıkmamızdaki en önemli gelişme, depolayabildiğimiz malzemenin kalitesiydi. Çok sayıda süreç optimizasyonundan sonra, artık homojen bir MoS2 tabakasıyla kaplı tüm gofretleri üretebiliyoruz. Bu da bilgisayarda entegre devreler tasarlamak ve bu tasarımları fiziksel devrelere dönüştürmek için endüstri standardı araçları benimsememizi sağlayarak seri üretime kapı açıyor" diyor Kis.
Avrupa Çip Üretiminin Yeniden Canlandırılması
Kis bu sonucu, bilimsel değerinin yanı sıra, özellikle yarı iletken teknolojileri ve uygulamalarında Avrupa'nın rekabet gücünü ve direncini artırmayı amaçlayan Avrupa Çip Yasası bağlamında İsviçre ve AB arasındaki yakın bilimsel işbirliğinin öneminin bir kanıtı olarak görüyor. Kis, "AB finansmanı hem bu proje hem de ilk MoS2 transistör üzerindeki çalışmaları finanse eden proje de dahil olmak üzere ondan öncekiler için çok önemliydi ve İsviçre için ne kadar önemli olduğunu gösterdi" diyor.
"Aynı zamanda, İsviçre'de yürütülen çalışmaların, elektronik üretimini yeniden canlandırmaya çalışan AB'ye nasıl fayda sağlayabileceğini de gösteriyor. Örneğin AB, herkesle aynı yarışa girmek yerine, yapay zeka hızlandırıcıları ve diğer yeni uygulamalar için Von Neumann olmayan işleme mimarileri geliştirmeye odaklanabilir. Kıta, kendi yarışını tanımlayarak gelecekte güçlü bir konum elde etmek için avantajlı bir başlangıç yapabilir."
EPFL, 15 KASIM 2023, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 10.01.2024, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: "A large-scale integrated vector-matrix multiplication processor based on monolayer molybdenum disulfide memories" Guilherme Migliato Marega, Hyun Goo Ji, Zhenyu Wang, Gabriele Pasquale, Mukesh Tripathi, Aleksandra Radenovic ve Andras Kis, 13 Kasım 2023, Nature Electronics. DOI: 10.1038/s41928-023-01064-1
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız.