Інновації в чіпах стають дедалі меншими та потужнішими
Комп'ютерні чіпи – це основа нашого цифрового світу. Жоден смартфон, жоден комп'ютер, жоден автомобіль і жоден пульт дистанційного керування не можуть функціонувати без них. І одного недалекого дня вони, ймовірно, будуть імплантовані і в наші голови.
Зокрема, штучний інтелект (ШІ) стимулює попит на більшу обчислювальну потужність у компактному вигляді. Виробники чіпів у цьому процесі досягають своїх фізичних меж. Європейські стартапи та університети досліджують інновації в чіпах, щоб задовольнити цей зростаючий попит на обчислювальну потужність.
У 1971 році компанія Intel, що виробляє мікросхеми, випустила перший комерційно успішний мікрочіп «4004». На той час це була сенсація; однак сьогодні цей обчислювальний чіп розміром три на чотири міліметри здається незграбним. І, перш за все, малопотужним: він містив лише 2300 транзисторів — неймовірна кількість на той час, смішно мало за сучасними стандартами.
Транзистори залишаються ядром кожного комп'ютерного чіпа. Крихітні перемикачі, які перемикаються між станами ввімкнено та вимкнено, між нулем та одиницею. Ці перемикачі закладають основу нашого цифрового світу. Чим більше транзисторів, тим потужніший чіп, а світовий попит на обчислювальну потужність та сховище даних стрімко зростає.
Роками індустрія мікросхем була стурбована одним головним питанням: скільки ще транзисторів може поміститися на одному мікросхемі? Протягом десятиліть транзистори ставали дедалі меншими, так що сьогодні вони складаються лише з кількох атомів. Ці перемикачі тепер тонші за людську волосину, менші за еритроцит і оснащені кілометрами проводів. Крихітний перемикач — у 500 000 разів менший за міліметр — став абсолютно незамінним у нашому повсякденному житті. Двісті мільйонів транзисторів можуть поміститися на одному квадратному міліметрі; на одному мікросхемі — навіть десятки мільярдів
Однак, найближчим часом ця спроба скоротити науку про напівпровідники досягне своєї фізичної межі.
Наразі ми використовуємо такі чіп-технології, як центральні процесори (CPU) для комп'ютерів та смартфонів. Альтернативна технологія графічних процесорів (GPU), також відомих як відеокарти, спочатку була розроблена для зображень, відеоконтенту та 3D-графіки для екранів комп'ютерів. Виробник чіпів Nvidia зробив собі ім'я завдяки цим чіпам і зараз користується попитом на чіпи штучного інтелекту. Ці відеокарти мають перевагу в тому, що можуть виконувати паралельні завдання та обробляти багато завдань одночасно — саме те, що потрібно штучному інтелекту для ефективної роботи.
Для штучного інтелекту графічні чіпи виявилися найкращим рішенням з доступних на даний момент; графічні процесори є резервним варіантом для алгоритмів штучного інтелекту. Це тому, що наразі просто немає нових підходів до чіпів штучного інтелекту. Що існує, так це велика кількість досліджень та інновацій. Хоча кожен нанометр на вашому чіпі вже заповнений перемикачами, все ще є невикористаний простір, зокрема, з точки зору висоти. Саме це досліджує Semron. Дрезденський стартап розробив чіпи, які переносять штучний інтелект безпосередньо на кінцеві пристрої, такі як смартфони та навушники. Це дозволяє обробляти дані локально на пристроях, що особливо вигідно для конфіденційної інформації. Однак, щоб чіпи були достатньо потужними, вони повинні бути якомога меншими, компактними, економічно ефективними та енергоефективними
Співзасновник Арон Кіршен добре знає, що простого розміщення трьох, чотирьох або навіть п'яти мікросхем в корпусі недостатньо. П'ятикратна продуктивність у поєднанні з вартістю п'яти мікросхем не має сенсу, коли потрібне тисячократне збільшення продуктивності. Натомість Semron планує застосовувати кілька шарів мікросхем під час самого виробничого процесу. Їхня запатентована напівпровідникова технологія "CapRAM" дозволяє локально обробляти моделі штучного інтелекту. Це вже працює з мікросхемами пам'яті, такими як ті, що використовуються в смартфонах. Наші телефони містять до 200 шарів пам'яті. Однак ця техніка виявляється більш складною для процесорів — комп'ютерних компонентів мікросхеми. По-перше, транзистори не так легко складаються один в одного. По-друге, така конструкція вимагає більше енергії, а при вищій щільності енергії мікросхема ризикує перегрітися. Semron стверджує, що вирішила цю проблему. Тепер команда стикається з головним завданням — змусити виробників мікросхем впровадити запатентований виробничий процес і виробляти мікросхеми великими партіями. Однак самої ідеї недостатньо, щоб задовольнити постійно зростаючий попит на обчислювальну потужність. Чіпи також потрібно виробляти – а цього немає в Німеччині чи навіть у Європі. Це можна порівняти з промисловою революцією 150 років тому.
