二つの機能を提供する次世代コンピューター・チップ

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(Next-generation computer chip with two heads)

2020/11/5 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)(ローザンヌ工科大学)

©2020EPFL / LANES

・ EPFL が、理論演算とデータ記憶の 2 機能を一つにまとめたロジック・イン・メモリアーキテクチャによる、フローティングゲート電界効果トランジスタ(FGFETs)ベースのコンピューター・チップを開発。
・ より小型、高速でエネルギー効率の高いデバイスを実現する次世代回路として、特に人工知能(AI)システムでの活用が期待できる。
・ 分離した 2 個のユニットでデータの処理と記憶を実行する、従来のノイマン型アーキテクチャではコンピューター・チップのエネルギー効率が制限されている。データがユニット間を常に移動しているため、膨大な量の時間とエネルギーを消費する。
・ このような損失を低減する新コンピューター・チップの材料には、原子 3 個分の薄さのシート状の 2D材料の二硫化モリブデン(MoS2)を使用。同材料は優れた半導体として特にエレクトロニクスのアプリケーションに最適とされている。
・ 新チップのベースとなる FGFETs は、長時間の電荷の保持に優れており、一般的にカメラ、スマートフォンやコンピューターのフラッシュメモリシステムで利用されている。また、特殊な電気特性を備えたMoS2 の利用により、多数の処理機能の単一回路への統合と、自由な変更が可能となった。
・ 2 機能を担う同回路の性能は、ニューロンが記憶の貯蔵と暗算の実行に関与する人間の脳の働き方に類似する。同回路がもたらすエネルギーロスの低減、コンピューティングの高速化および必要なスペースの縮小化により、より小型、強力でエネルギー効率性に優れたデバイス開発の可能性が期待できる。
URL: https://actu.epfl.ch/news/next-generation-computer-chip-with-two-heads/

<NEDO海外技術情報より>

(関連情報)

Nature 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor
URL: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2861-0

Abstract

The growing importance of applications based on machine learning is driving the need to develop dedicated, energy-efficient electronic hardware. Compared with von Neumann architectures, which have separate processing and storage units, brain-inspired in-memory computing uses the same basic device structure for logic operations and data storage1,2,3, thus promising to reduce the energy cost of data-centred computing substantially4. Although there is ample research focused on exploring new device architectures, the engineering of material platforms suitable for such device designs remains a challenge. Two-dimensional materials5,6 such as semiconducting molybdenum disulphide, MoS2, could be promising candidates for such platforms thanks to their exceptional electrical and mechanical properties7,8,9. Here we report our exploration of large-area MoS2 as an active channel material for developing logic-in-memory devices and circuits based on floating-gate field-effect transistors (FGFETs). The conductance of our FGFETs can be precisely and continuously tuned, allowing us to use them as building blocks for reconfigurable logic circuits in which logic operations can be directly performed using the memory elements. After demonstrating a programmable NOR gate, we show that this design can be simply extended to implement more complex programmable logic and a functionally complete set of operations. Our findings highlight the potential of atomically thin semiconductors for the development of next-generation low-power electronics.

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