تاکنون در بیشتر موارد از پردازنده های ساخته شده از ترانزیستورهای FinFET برای پردازش فرآیندهای هوش مصنوعی استفاده می شده است. راه حلی که برای اولین بار توسط دانشمندان چینی به دست آمد، استفاده از دستکاری کننده های تانسور را برای این فرآیند پیشنهاد می کند. راه حلی که در صورت موفقیت در تولید انبوه می توان آن را انقلابی در این حوزه دانست.

ورود به آزمایشگاه های نیمه هادی در چین تقریبا غیرممکن است، اما اخیراً در اقدامی جالب، نتایج یک پروژه تحقیقاتی بزرگ توسط دانشمندان چینی برای ساخت نسل جدیدی از پردازنده های کرنش بحرانی به اشتراک گذاشته شده است و کاملاً قابل توجه است. در همین راستا سایت دستگاه های تام بر اساس داده های ارائه شده توسط سایتTechXplor رایج، در مورد مقاله ای نوشته شده توسط محققان دانشگاه پکن که ادعا می کنند اولین واحد پردازش تانسور را دارند (TPU) آنها با استفاده از ترانزیستور نانولوله های کربنی ساختند.

آشنایی با ترانزیستورهای GAAFET

قبل از اینکه به این دستاورد بپردازیم، بهتر است کمی در مورد ترانزیستورهای نانولوله کربنی و اهمیت آنها صحبت کنیم. ترانزیستورهای نانولوله کربنی (مرکز سنجش ملی) عمدتا ترانزیستورهای اثر میدانی از نوع دروازه کلی (GAA FET) آنها را می توان در طیف گسترده ای از برنامه ها استفاده کرد و ویژگی هایی مانند کنترل بهینه عملکرد، مصرف برق و کاهش جریان نشتی را پیاده سازی کرد.

ترانزیستورها ویتامین GAA نوع پیشرفته ترانزیستورهای اثر میدانی یا FET ها، ترانزیستورهایی هستند که در آنها دروازه کاملاً در اطراف کانال محصور شده است. این طراحی به ما اجازه می دهد تا عبور جریان از کانال را بهتر کنترل کنیم و در نتیجه جریان نشتی کاهش یافته و راندمان ترانزیستور بهبود یابد. به دلیل این ویژگی ها، ترانزیستورها ویتامین GAA آنها در فرآیندهای ساخت پیشرفته به ویژه در فناوری های 3 نانومتری و پایین تر استفاده می شوند و توسط شرکت هایی مانند سامسونگ، اینتل و … استفاده می شوند. TSMC آنها به بهبود عملکرد و بهره وری انرژی تراشه ها کمک می کنند. این ترانزیستورها با معماری چند دروازه ای خود راه را برای پیشرفت بیشتر در کاهش ابعاد و افزایش راندمان مدارهای مجتمع هموار می کنند..

سامسونگ برای مدت طولانی از ترانزیستور استفاده می کند جاویتفناوری 3 نانومتری در فرآیندهای تولید استفاده می‌شود، اما این فناوری تاکنون تنها در تراشه‌های استخراج ارزهای دیجیتال ساده استفاده شده است. اینتل نیز از ویتامین GAAبه پردازنده های خود در این فرآیند ساعت 20 استفاده می کند، در حالی که TSMC این ترانزیستورها در این فرآیند در نظر گرفته شده اند N2 از نیمه دوم سال 2025 به تولید انبوه می رسد.

استفاده از GAAFET در ساخت TPU

محققان دانشگاه پکن با استفاده از فناوری ساخت تراشه های ترانزیستوری با استفاده از نانولوله های کربنی توانستند به این هدف دست یابند. TPU آنها یک ریزپردازنده، اولین پردازنده تانسوری جهان با این نوع ترانزیستور ساختند. ژی یانگ ژانگ، یکی از نویسندگان مقاله در همین زمینه، گفت:

ما اولین تراشه پردازشگر تانسوری جهان را بر اساس نانولوله های کربنی ایجاد کرده ایم و از توسعه سریع برنامه های کاربردی هوش مصنوعی و همچنین TPU گوگل الهام گرفته ایم. از ChatGPT تا Sora، هوش مصنوعی در حال ایجاد یک انقلاب است، اما فناوری نیمه هادی سیلیکونی سنتی به طور فزاینده ای قادر به پاسخگویی به نیازهای پردازش کلان داده ها نیست. ما راه حلی برای این چالش جهانی پیدا کرده ایم.

این TPU این با استفاده از ساختار ماتریس سیستولیک طراحی شده است که امکان ضرب موازی و جمع اعداد صحیح 2 بیتی را فراهم می کند..

یک شبکه عصبی کانولوشنال پنج لایه از این استفاده می کند TPU می تواند تصاویر را با دقت 88 درصد تشخیص دهد. منیست این در حالی به دست آمد که تنها 295 میکرووات برق مصرف می کرد. این امر به لطف فرآیند تولید نانولوله بهبود یافته که خلوص 99.9999 درصد نیمه هادی و سطوح فوق العاده تمیز را تضمین می کند، امکان پذیر است و در نتیجه ترانزیستورهایی با چگالی جریان بالا و عملکرد پایدار ایجاد می شود.

بر اساس اطلاعات منتشر شده توسط این تیم، شبیه سازی های سطح سیستم این پردازنده نشان می دهد که الف TPU اکتابیت که از ترانزیستورهای نانولوله کربنی 180 نانومتری ساخته شده است، می تواند با فرکانس 850 مگاهرتز کار کند و بازده انرژی معادل 1 تریلیون عملیات در ثانیه در هر وات دارد..

محققان چینی بر این باورند که می توان این کار را از طریق هم ترازی دقیق انجام داد ویتامین GAAکاهش اندازه ترانزیستورها و افزایش ظرفیت بیت واحد پردازش، کارایی و قدرت محاسباتی تراشه را تا حد زیادی بهبود بخشید. این را ادغام کنید TPU با منطق کیلومتر (ترانزیستورهای اکسید فلزی مکمل) نیز راه دیگری برای بهبود بالقوه است.

با توجه به اینکه این TPU این با استفاده از فناوری 180 نانومتری تولید شد و کاربرد عملی آن در حال حاضر محدود است. با این حال، با استفاده از مدار TPU این به طور موثر محققان را قادر می سازد تا فناوری پردازش را بهبود بخشند، که برای توسعه قابلیت های نیمه هادی چین اهمیت زیادی دارد.