MIT desarrolla un chip 3D que integra CPU y memoria

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Uno de los problemas más fundamentales del silicio moderno se conoce como brecha de rendimiento entre el procesador y la memoria. El término, que se ha utilizado durante décadas, se refiere a la conocida tendencia de las CPU a avanzar más rápidamente en términos de rendimiento que la memoria. La captación previa especulativa, la implementación de varios niveles de caché (L1, L2, L3) y una variedad de técnicas de software han tenido como objetivo el mismo objetivo: reducir el impacto de esta brecha mediante la creación de pequeños grupos de RAM extremadamente rápida, respaldados por sofisticados técnicas de predicción y búsqueda que anticipen qué información se necesitará a continuación.

Pero hay otra forma de lidiar potencialmente con el problema: construir la CPU directamente en una estructura de memoria 3D, conectarlos directamente sin ningún tipo de rastros de la placa base y calcular desde la propia RAM.

Ahora, un nuevo trabajo del MIT afirma que los nanotubos de carbono y la RAM resistiva (RRAM) podrían usarse en conjunto para crear chips 3D que integrarían la RAM directamente en la estructura de la CPU. Tampoco se trata de un modelo teórico puramente de prueba de concepto; el equipo de diseño de Stanford y MIT logró construir un millón de células RRAM y dos millones de nanotubos de carbono en un solo diseño. Se utilizan cables ultra densos entre las distintas capas para conectar las dos, a densidades que ninguna placa base podría alcanzar. Eso es imposible con la tecnología tradicional, porque las temperaturas utilizadas para construir las capas de circuitos existentes son demasiado altas para evitar dañar las capas anteriores que ya se han colocado.



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La brecha entre el rendimiento de la CPU y la memoria ha ido creciendo durante años.

Krishna Saraswat, miembro del equipo de Stanford, le dijo a MIT News que este nuevo enfoque podría resolver múltiples problemas al mismo tiempo.

Además de los dispositivos mejorados, la integración 3-D puede abordar otra consideración clave en los sistemas: las interconexiones dentro y entre los chips, dijo Saraswat a MIT News.

La nueva arquitectura de computadora 3-D proporciona una integración densa y fina de la computación y el almacenamiento de datos, superando drásticamente el cuello de botella al mover datos entre chips, dice Mitra. 'Como resultado, el chip puede almacenar cantidades masivas de datos y realizar un procesamiento en el chip para transformar una avalancha de datos en información útil'.

Punto de aclaración: hemos estado hablando de chips 3D durante bastante tiempo, pero hay varios tipos válidos de estructuras 3D en juego. Primero, hay chips 3D que apilan múltiples piezas discretas de silicio una encima de la otra, como un chip de memoria ubicado directamente encima de una CPU, pero conectados a ella mediante cableado de borde. En segundo lugar, tiene 3D NAND, que inclina la NAND 2D convencional de lado y 'apila' capas de flash. En tercer lugar, están los diseños FinFET, en los que una aleta sobresale de la estructura del transistor y, por lo tanto, le da una forma 3D. Finalmente, tienes chips 3D como este, en los que la RAM y la CPU se combinan en una estructura monolítica. Todos estos son '3D' en un grado u otro, por lo que es importante tener cuidado con el tipo de 3D que se está discutiendo al evaluar el término.

El problema, como siempre, está en los detalles. Ni RRAM ni los nanotubos de carbono están listos para una producción comercial generalizada, y la integración completa de una nueva estructura de chip 3D es un desafío tremendo por derecho propio. Si bien la premisa fundamental de integrar la memoria y la lógica podría permitir los enormes aumentos de rendimiento que los entusiastas han estado anhelando durante años, este no es un gran avance que ocurrirá pronto. La compatibilidad con CMOS no es suficiente: los nanotubos de carbono tendrían que alcanzar tolerancias muy altas para la fabricación, y RRAM necesitaría escalar a niveles de fabricación órdenes de magnitud más de lo que se construye actualmente (también lo harían los CNT, para el caso, pero eso es un problema diferente).

Aún así, una investigación como esta es cómo movemos la pelota hacia adelante. Podría ser que en 15-20 años, estemos computando desde dispositivos apilados en 3D construidos con métodos similares a este.

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