Nanotechnology Now - Comunicado de prensa: El material 2D remodela la electrónica 3D para hardware de IA

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Ilustración esquemática de un sistema informático de vanguardia basado en electrónica monolítica basada en materiales 3D integrada en 2D. El sistema apila diferentes capas funcionales, incluidas capas informáticas de IA, capas de procesamiento de señales y una capa sensorial, y las integra en un procesador de IA.

CRÉDITO
Sang-Hoon Bae, Escuela de Ingeniería McKelvey, Universidad de Washington en St. Louis

Abstracto:
Los chips de computadora multifuncionales han evolucionado para funcionar más con sensores, procesadores, memoria y otros componentes especializados integrados. Sin embargo, a medida que los chips se han expandido, también ha aumentado el tiempo necesario para mover información entre componentes funcionales.

El material 2D remodela la electrónica 3D para el hardware de IA

San Luis, Missouri | Publicado el 8 de diciembre de 2023

"Piense en ello como construir una casa", dijo Sang-Hoon Bae, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis. "Se construye lateralmente y verticalmente para obtener más funciones, más espacio para realizar actividades más especializadas, pero luego hay que dedicar más tiempo a moverse o comunicarse entre habitaciones".

Para abordar este desafío, Bae y un equipo de colaboradores internacionales, incluidos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de Yonsei, la Universidad de Inha, el Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Notre Dame, demostraron la integración 3D monolítica de material 2D en capas en un procesamiento novedoso. Hardware para computación con inteligencia artificial (IA). Imaginan que su nuevo enfoque no solo proporcionará una solución a nivel material para integrar completamente muchas funciones en un único y pequeño chip electrónico, sino que también allanará el camino para la informática avanzada de IA. Su trabajo fue publicado el 27 de noviembre en Nature Materials, donde fue seleccionado como artículo de portada.

El chip monolítico integrado en 3D del equipo ofrece ventajas sobre los chips de computadora integrados lateralmente existentes. El dispositivo contiene seis capas 2D atómicamente delgadas, cada una con su propia función, y logra una reducción significativa del tiempo de procesamiento, el consumo de energía, la latencia y el espacio ocupado. Esto se logra empaquetando herméticamente las capas de procesamiento para garantizar una conectividad densa entre capas. Como resultado, el hardware ofrece una eficiencia y un rendimiento sin precedentes en las tareas informáticas de IA.

Este descubrimiento ofrece una solución novedosa para integrar la electrónica y también abre la puerta a una nueva era de hardware informático multifuncional. Con el paralelismo definitivo en su núcleo, esta tecnología podría ampliar drásticamente las capacidades de los sistemas de inteligencia artificial, permitiéndoles manejar tareas complejas con la velocidad del rayo y una precisión excepcional, dijo Bae.

"La integración monolítica 3D tiene el potencial de remodelar toda la industria electrónica e informática al permitir el desarrollo de dispositivos más compactos, potentes y energéticamente eficientes", dijo Bae. "Los materiales 2D atómicamente delgados son ideales para esto, y mis colaboradores y yo continuaremos mejorando este material hasta que finalmente podamos integrar todas las capas funcionales en un solo chip".

Bae dijo que estos dispositivos también son más flexibles y funcionales, lo que los hace adecuados para más aplicaciones.

"Desde vehículos autónomos hasta diagnósticos médicos y centros de datos, las aplicaciones de esta tecnología monolítica de integración 3D son potencialmente ilimitadas", afirmó. “Por ejemplo, la computación en sensor combina funciones de sensor y computadora en un solo dispositivo, en lugar de que un sensor obtenga información y luego transfiera los datos a una computadora. Eso nos permite obtener una señal y calcular datos directamente, lo que resulta en un procesamiento más rápido, menos consumo de energía y mayor seguridad porque los datos no se transfieren”.

Kang JH, Shin H, Kim KS, Song MK, Lee D, Meng Y, Choi C, Suh JM, Kim BJ, Kim H, Hoang AT, Park BI, Zhou G, Sundaram S, Vuong P, Shin J, Choe J , Xu Z, Younas R, Kim JS, Han S, Lee S, Kim SO, Kang B, Seo S, Ahn H, Seo S, Reidy K, Park E, Mun S, Park MC, Lee S, Kim HJ, Kum HS, Lin P, Hinkle C, Ougazzaden A, Ahn JH, Kim J y Bae SH. Integración 3D monolítica de electrónica basada en materiales 2D hacia soluciones informáticas de vanguardia. Materiales de la naturaleza. 27 de noviembre de 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-023-01704-z

Este trabajo fue apoyado por la Universidad de Washington en St. Louis y su Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales, el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología, la Fundación Nacional de Investigación de Corea, la Fundación Nacional de Ciencias y SUPREME, uno de los siete centros de JUMP 2.0. , un programa de Semiconductor Research Corp. patrocinado por DARPA.

Publicado originalmente en el sitio web de la Escuela de Ingeniería McKelvey.

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