Redéfinir l’efficacité énergétique dans le traitement des données

Lorsque les applied sciences de l’knowledge et des communications (TIC) traitent des données, elles convertissent l’électricité en chaleur. Aujourd’hui déjà, le CO constitue l’écosystème mondial des TIC₂ L’empreinte au sol rivalise avec celle de l’aviation. Cependant, il s’avère qu’une section importante de l’énergie consommée par les processeurs informatiques n’est pas utilisée pour effectuer des calculs. Au lieu de cela, los angeles majeure partie de l’énergie utilisée pour traiter les données est consacrée au transfert d’octets entre los angeles mémoire et le processeur.

Dans un article publié dans los angeles revue Electronique naturelleDes chercheurs de los angeles Faculté d’ingénierie du Laboratoire d’électronique et de nanostructures (LANES) de l’EPFL présentent un nouveau processeur qui remédie à cette inefficacité en intégrant le traitement et le stockage des données dans un seul appareil, appelé processeur mémoire.

Ils ont innové en créant le premier processeur en mémoire basé sur un matériau semi-conducteur 2D comportant plus de 1 000 transistors, une étape majeure sur los angeles voie de los angeles manufacturing industrielle.

L’héritage de Von Neumann

Selon Andras Kiss, qui a dirigé l’étude, los angeles principale raison de l’inefficacité des processeurs actuels est l’structure von Neumann universellement adoptée. Plus précisément, los angeles séparation body des composants utilisés pour effectuer des calculs et stocker des données. En raison de cette séparation, les processeurs doivent récupérer des données de los angeles mémoire pour effectuer des calculs, ce qui implique le transfert de fees électriques, los angeles rate et los angeles décharge de condensateurs et los angeles transmission de courants le lengthy de lignes, qui dissipent toutes de l’énergie.

Jusqu’il y a 20 ans environ, cette structure avait du sens, automotive différents sorts de matériel étaient nécessaires pour stocker et traiter les données. Mais l’structure de von Neumann est de plus en plus remise en query par des choices plus efficaces.

« Aujourd’hui, des efforts sont déployés pour intégrer le stockage et le traitement dans des processeurs en mémoire plus complets qui contiennent des éléments agissant à los angeles fois comme mémoire et comme transistor », explique Case. Son laboratoire a exploré les moyens d’atteindre cet objectif en utilisant le bisulfure de molybdène (MoS₂), un matériau semi-conducteur.

Nouvelle structure de processeur 2D

dans Electronique naturelle Article de recherche présenté par Guilherme Migliato Marega, doctorant au LANES, et ses co-auteurs MoS₂Un processeur en mémoire dédié à l’une des opérations de base du traitement des données : los angeles multiplication matrice-vecteur. Ce processus est omniprésent dans le traitement du sign numérique et los angeles mise en œuvre de modèles d’intelligence artificielle. Des améliorations de leur efficacité pourraient conduire à des économies d’énergie significatives dans l’ensemble du secteur des TIC.

Leur processeur mix 1 024 éléments dans une puce d’environ un de longueur. Chaque élément comprend du MoS 2D₂Le transistor, en plus d’une grille flottante, sert à stocker des fees dans sa mémoire, qui contrôle los angeles conductivité de chaque transistor. Ce couplage traitement-mémoire modifie radicalement los angeles façon dont le processeur effectue les calculs.

“En ajustant los angeles conductance de chaque transistor, nous pouvons effectuer une multiplication matricielle vectorielle analogique en une seule étape en appliquant des tensions à notre processeur et en mesurant los angeles sortie”, explique Case.

Un grand pas vers des packages pratiques

Sélection des matériaux – MoS₂– Ils ont joué un rôle essentiel dans le développement de leur processeur mémoire. D’une section, Moss₂ C’est un semi-conducteur – une situation nécessaire au développement des transistors. Contrairement au silicium, qui est aujourd’hui le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les processeurs informatiques, le MoS₂ Il forme une monocouche strong, d’une épaisseur de seulement trois atomes, qui n’interagit que faiblement avec son environnement.

Sa finesse permet de réaliser des appareils très compacts. Enfin, c’est un matériau que le lab Case connaît bien. En 2010, ils créent leur premier unmarried MoS₂ Transistor utilisant une seule couche de matériau décollé du cristal à l’aide de scotch.

Au cours des 13 dernières années, ses opérations ont considérablement mûri, les contributions de Migliato Marega jouant un rôle clé. “L’avancée majeure dans le passage d’un transistor à plus de 1 000 a été los angeles qualité du matériau que nous pouvons déposer. Après de nombreuses optimisations de processus, nous pouvons désormais produire des tranches entières recouvertes d’une couche homogène de MoS uniforme.₂. “Cela nous permet d’adopter des outils usual de l’industrie pour concevoir des circuits intégrés sur ordinateur et de traduire ces conceptions en circuits réels, ouvrant ainsi los angeles porte à une manufacturing de masse.”

Revitaliser l’industrie européenne des puces

Au-delà de sa valeur purement scientifique, Case considère ce résultat comme une preuve de l’significance d’une coopération scientifique étroite entre los angeles Suisse et l’UE, notamment dans le contexte du Eu Chip Act, qui vise à renforcer los angeles compétitivité et los angeles flexibilité de l’Europe dans le domaine des semi-conducteurs. applied sciences et l’industrie des semi-conducteurs. Packages.

“En même temps, cela montre remark le travail réalisé en Suisse peut profiter à l’UE qui cherche à revitaliser los angeles fabrication électronique. Au lieu de mener los angeles même path que tout le monde, l’UE pourrait, par exemple, se concentrer sur le développement de produits non-industriels. IPhone Newman. « En définissant sa propre race, le continent peut prendre une longueur d’avance et s’assurer une place area of expertise à l’avenir », conclut-il.