Микрочипы с минимальным энергопотреблением уже реальность

Технология, названная вероятностный комплементарный металл-оксидный полупроводник, ВКМОП, была разработана Кришной Палемом, ученым Университета Райса и руководителем Института прогрессивной наноэлектроники при Наньянском технологическом университете. Целью исследования являются экологчные вычисления. Сейчас команда ученых, возглавляемая Кришной Палемом и Йео Киат Сенгом, доцентом NTU и главой направления электрических цепей и систем факультета машиностроения, занимается поиском приложений для PCMOS, где применение этой технологии позволило бы выполнять те же функции, но потребляя только часть требуемой энергии.

"Вероятностная структура в бытовой электронике может стать базой для энергоэффективных устройств", — говорит Палем. "Например, потребители могут почувствовать разницу, получив возможность заряжать телефон раз в две недели, а не через день." Кроме систем шифрования, названной в числе других областей применения, эта технология может использоваться и для компьютерной графики. Профессор Палем поясняет, что потоковое видео на мобильном телефоне не нуждается в сопровождении высокоточными вычислениями. Небольшой экран в сочетании со способностью человеческого мозга обрабатывать недостаточно четкие кадры — и в результате изображения выглядят достоверно уже при приблизительно верных расчетах.

Натали Конг Жи Хой (Natalie Kong Zhi Hui) из NTU говорит, что эта технология является важным шагом по направлению к дружественным окружающей среде "зеленым" вычислениям с чрезвычайно высокими показателями энергоемкости. В отличие от традиционных структур, где шум является помехой, в нашей разработке шум играет роль почки — новая технология перерабатывает шум. Созданный микрочип подтверждает преимущества ВКМОП-технологии, которая демонстрирует 30-кратное снижение потребления энергии и в 7 раз более высокую скорость работы, чем у современных КМОП-конструкций.

В противоположность этому сегодняшние кремниевые транзисторы становятся все более и более "шумными" при уменьшении размеров, исторически инженеры борются с этим повышением рабочего напряжения для подавления шумов и обеспечения точных расчетов, повышая потребление энергии. С помощью ВКМОП-технологии вариация характеристики шума является частью структуры и используется как источник достижения значительной экономии энергии. "Мы хотим увидеть новое поколение вероятностной наноэлектроники в медиасфере и медицине, информационных технологиях и потребительской электронике. Успешное развитие этого проекта даст начало для долгого пути по внедрению нового поколения "зеленых" технологий по более низкой для потребителя цене", — говорит Йео.

По мнению Йео, PCMOS также с успехом может применяться при шифровании — операции, основанной на генерации случайных чисел. Это означает, что чип легко включить в состав электронных устройств, поскольку в компьютерных играх, лотереях и криптографии требуются произвольные вычисления. И все это в дополнение к областям, где требуются статистические симуляции, такие как финансовые и экономические прогнозы, которые он позволит выполнять с большей точностью.

Разработанный чип является результатом исследований различных конструкций микросхем, запущенных в 2005 году. Не менее важно, что PCMOS реализуется на основе текущей КМОП-технологии, уже используемой производителями микросхем. Поэтому для поддержки PCMOS можно использовать имеющееся оборудование, сокращая затраты на развертывание новой технологии. "Концепция развития ВКМОП будет включать появление нового поколения электроники, основанного на принципах математики вероятности. Эти возможности будут востребованы в таких областях, как анализ риска, перцепционная нейробиология, наноустройства и вычисления в графике и мультимедиа", — говорит Палем.

Ученые надеются, что PCMOS-технология выйдет на потребительский рынок, как минимум, через 4 года и сможет стать параллельным CMOS-технологии направлением развития уже в ближайшем будущем.