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英特尔自旋电子技术取得突破:芯片体积将缩小80%,能耗可降低97%!

2018-12-09网络整理阅读:177评论:

几十年来,芯片始终依赖于互补金氧半导体电路(CMOS)技术。虽然CMOS电子元件仍遵循摩尔定律,但随着元件大小越来越接近单个原子尺寸,现有的芯片制程技术已经越来越逼近了物理极限。例如,宽度为 10nm 的晶体管栅极结构,其允许误差仅为 1nm,这仅相当于3至4个原子层的厚度。而芯片制程要继续往3nm甚至是1nm制程推进将面临更多的困难,很快摩尔定律可能将难以为继。

延续"摩尔定律"的新技术

而为了推动摩尔定律在未来的继续前进,以及可能的后摩尔时代的到来,英特尔很早就开始积极研究如纳米线晶体管、III-V 材料(如砷化镓和磷化铟)晶体管、硅晶片的3D堆叠、高密度内存、(EUV)光刻技术、自旋电子(一种超越CMOS的技术,当CMOS无法再进行微缩的时候,这是一种选择,可提供非常密集和低功耗的电路)、神经元计算等一些列前沿技术项目。

神经拟态计算芯片Loihi

早在去年9月底的时候,英特尔就公布了其首款神经拟态计算(类脑)芯片Loihi,这是全球首款具有自我学习能力的芯片。

据介绍,Loihi采用的是异构设计,由128个Neuromorphic Core(神经形态的核心)+3个低功耗的英特尔X86核心组成,号称拥有13万个神经元和1.3亿个触突。

英特尔自旋电子技术取得突破:芯片体积将缩小80%,能耗可降低97%!

与其他典型的脉冲神经网络相比,在解决MNIST数字识别问题时,以实现一定准确率所需要的总操作数来看,Loihi芯片学习速度提高了100万倍。与卷积神经网络和深度学习神经网络相比,Loihi测试芯片在同样的任务中需要的资源更少。

此外,在能效比方面,与训练人工智能系统的通用计算芯片相比,Loihi芯片的能效提升了100倍以上。

除了在神经元计算方面已经推出测试芯片之外,现在英特尔在自旋电子技术等方面也已经取得突破

自旋电子学技术原理

我们都知道,当电荷打开或关闭调节电子流动的门的时候,标准的CPU会将其读取为0或1。而"自旋"作为一种量子力学属性,可以使电子像具有南北极的磁铁那样运动。自旋电子学技术的基本原理就是,通过精确控制电子"朝上"或"朝下"自旋的特性,将这些朝相反方向旋转的电子排列在薄膜等物质上,形成磁场,得到电子计算需要的"正"和"负"或"0"和"1"。这也使得自旋电子学技术可以被应用到存储和数据处理当中。

英特尔自旋电子技术取得突破:芯片体积将缩小80%,能耗可降低97%!

其实,自旋电子学诞生至今已经有二十多年。1997年国际商用机器公司就利用自旋电子学原理生产出了新型磁头,正是这种磁头使电脑硬盘的数据存储量在过去几年内提高了40倍。众多的芯片制造商也认为,自旋电子学技术可以被用于下一代的计算芯片当中。

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