隨著嵌入式智能技術正在越來越多的領域進入生活，從自主駕駛到個性化醫(yī)療領域正在產生大量的數據。但是，隨著數據的泛濫達到很大的程度，計算機芯片將其處理成有用的信息的能力正在停滯。

據報道：近日，斯坦福大學和麻省理工學院的研究人員已經建立了一個新的芯片來克服這個障礙。研究結果在外媒的“自然”雜志上發(fā)表，主要作者是麻省理工學院電氣工程和計算機科學助理教授馬克斯·舒爾克(Max Shulaker)，Shulaker與H.-S，在該校擔任博士生。該團隊還包括來自斯坦福大學的Roger Howe教授和Krishna Saraswat教授。

今天的計算機是由不同的芯片拼湊組裝在一起。那么用于計算的芯片和用于數據存儲的單獨芯片兩者之間的連接是有限的。隨著應用程序分析日益增加的大量數據，數據在不同芯片之間移動的有限速率將創(chuàng)造一個關鍵的通信“瓶頸”。芯片上的空間有限，沒有足夠的空間將它們放在旁邊，即使它們已經小型化(這是一種稱為摩爾定律的現(xiàn)象)。

更糟糕的是，硅片制成的晶體管已經不再像以往那樣更加出色。

新的原型芯片是今天芯片的根本變化。它使用多種納米技術，以及新的計算機架構來扭轉這兩種趨勢。

該芯片不是依賴于硅基器件，而是使用碳納米管，它們是使用納米圓柱體的2-D石墨烯片，以及電阻隨機存取存儲器(RRAM)單元，這是一種非易失性存儲器，通過了改變電阻固體電介質材料。研究人員集成了超過100萬個RRAM單元和200萬個碳納米管場效應晶體管，使得最新型納米電子系統(tǒng)成為新興的納米技術。

RRAM和碳納米管彼此垂直地構建，形成了具有邏輯和存儲器交錯層的新的密集的3-D計算機體系結構。通過在這些層之間插入，這種3-D架構有望解決通信瓶頸。

然而，根據本文的主要作者，Max Shulaker(麻省理工學院微系統(tǒng)技術實驗室的核心成員)，現(xiàn)有的基于硅的技術不可能采用這種架構。“現(xiàn)在的電路是2-D，因為建立傳統(tǒng)的硅晶體管涉及超過1000攝氏度的極高溫度，”Shulaker說。“如果然后在上面構建第二層硅電路，那么高溫會損壞電路的底層。”

這項工作的關鍵是碳納米管電路和RRAM存儲器可以在低于200℃的低溫下制造。“這意味著它們可以層疊而不會損害下面的電路”。

這為未來的計算系統(tǒng)提供了幾個好處。

·器件更好：與現(xiàn)在的硅制成的邏輯相比，碳納米管制成的邏輯可以比能量效率高出一個數量級，同樣的，與DRAM相比，RRAM可以更加密集，更快速，更節(jié)能。指的是稱為動態(tài)隨機存取存儲器的常規(guī)存儲器。

·除了改進的設備之外，3-D集成可以解決系統(tǒng)中的另一個關鍵問題：芯片之間和芯片之間的互連。

·新的三維計算機架構提供了密集和細粒度的計算和數據存儲集成，大大克服了芯片之間移動數據的瓶頸，因此，該芯片能夠存儲大量數據，將龐大雜亂的數據轉化為有用的信息。

為了展示該技術的潛力，研究人員利用碳納米管的能力也可以作為傳感器。在芯片的頂層，他們放置了超過100萬個基于碳納米管的傳感器，用于檢測和分類環(huán)境氣體。

由于傳感，數據存儲和計算的分層，芯片能夠并行測量每個傳感器，然后直接寫入其存儲器，產生巨大的帶寬。