خبر کامل
تولید نخستین تراشه سه‌بعدی یکپارچه توسط محققان استنفورد و MIT با جهش ۱۲ برابری سرعت
تولید نخستین تراشه سه‌بعدی یکپارچه، جهشی بزرگ در سخت‌افزار هوش مصنوعی
گروهی از پژوهشگران برجسته دانشگاه‌های استنفورد، کارنگی ملون، پنسیلوانیا و موسسه فناوری ماساچوست (MIT) با همکاری شرکت SkyWater Technology موفق شدند نخستین تراشه سه‌بعدی یکپارچه (Monolithic 3D) را در یک کارخانه تجاری آمریکایی تولید کنند. این دستاورد بی‌سابقه، که بالاترین چگالی سیم‌کشی عمودی در تراشه‌های سه‌بعدی را به ثبت رسانده، جهشی چشمگیر در سرعت پردازش ایجاد کرده و می‌تواند محدودیت‌های بنیادی سخت‌افزارهای فعلی هوش مصنوعی را پشت سر بگذارد.
این تراشه نوآورانه که در نشست سالانه IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) معرفی شده، نه تنها مرزهای عملکردی را جابه‌جا می‌کند، بلکه گامی مهم در تقویت زنجیره تولید داخلی نیمه‌رساناها در ایالات متحده به‌شمار می‌رود.
معماری سه‌بعدی: پایان گلوگاه داده‌ها
برخلاف تراشه‌های دوبعدی مرسوم که اجزای محاسباتی و حافظه را روی یک سطح تخت و کنار هم قرار می‌دهند، این تراشه جدید از چندین لایه فوق‌نازک تشکیل شده است که به‌صورت عمودی روی هم ساخته شده‌اند. این ساختار جدید، ارتباط‌های عمودی بسیار متراکمی میان لایه‌ها ایجاد می‌کند که امکان جابه‌جایی سریع داده‌ها بین حافظه و واحدهای پردازشی را فراهم می‌سازد؛ چالشی که سال‌ها به‌عنوان یکی از گلوگاه‌های اصلی پیشرفت پردازنده‌ها شناخته می‌شد.
آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌های اولیه نشان می‌دهد که عملکرد این تراشه سه‌بعدی نسبت به نمونه‌های دوبعدی متداول حدود یک مرتبه بزرگی (Order of Magnitude) بهبود یافته است. پژوهشگران تاکید می‌کنند که این نخستین نمونه‌ای است که هم افزایش عملکرد معنادار را اثبات می‌کند و هم به‌طور کامل در یک کارخانه تجاری واقعی تولید شده است.
سوبهاشیش میترا، استاد مهندسی برق و علوم کامپیوتر دانشگاه استنفورد و پژوهشگر اصلی این پروژه می‌گوید: «این فناوری در را به روی عصر جدیدی از تولید تراشه و نوآوری باز می‌کند. چنین جهش‌هایی برای دستیابی به بهبودهای هزاربرابری سخت‌افزاری که سامانه‌های هوش مصنوعی آینده به آن نیاز دارند، حیاتی است.»
غلبه بر دو چالش بزرگ: دیوار حافظه و دیوار کوچک‌سازی
سامانه‌های پیشرفته هوش مصنوعی نظیر ChatGPT و Claude برای عملکرد موثر، نیازمند جابه‌جایی سریع حجم عظیمی از داده‌ها بین حافظه و واحدهای پردازشی هستند. در تراشه‌های دوبعدی، این ارتباط از طریق مسیرهای محدود و طولانی انجام می‌شود که منجر به تاخیر و ازدحام داده‌ای می‌شود؛ مشکلی که مهندسان آن را با عنوان «دیوار حافظه» می‌شناسند.
همچنین، تلاش‌های دهه‌های گذشته برای حل این مشکل از طریق کوچک‌سازی ترانزیستورها نیز به محدودیت‌های فیزیکی خود رسیده است؛ محدودیتی که به «دیوار کوچک‌سازی» معروف است.
پژوهشگران می‌گویند تراشه سه‌بعدی جدید با یکپارچه‌سازی عمودی حافظه و منطق پردازشی، هر دو دیوار را پشت سر می‌گذارد. تاتاگاتا سریمانی، استاد دانشگاه کارنگی ملون، این ساختار را به:
- آسانسورهای یک آسمان‌خراش تشبیه می‌کند.
- این آسانسورها امکان جابه‌جایی هم‌زمان افراد بیشتری را میان طبقات (لایه‌های پردازشی) فراهم می‌سازند.
تولید صنعتی با روش یکپارچه
برخلاف تلاش‌های پیشین که بر روی هم چیدن چند تراشه جداگانه متمرکز بود، این پروژه از روش سه‌بعدی یکپارچه استفاده می‌کند. در این فرآیند، هر لایه مستقیماً روی لایه قبلی و در دمای پایین ساخته می‌شود؛ فرآیندی که هم از آسیب دیدن مدارهای زیرین جلوگیری می‌کند و هم چگالی اتصال‌ها را به‌طور چشمگیری افزایش می‌دهد.
نکته کلیدی این دستاورد، تولید کامل تراشه در یک کارخانه تجاری آمریکایی است که نشان‌دهنده قابلیت صنعتی شدن این فناوری پیشرفته است.
مارک نلسون، معاون توسعه فناوری شرکت SkyWater Technology می‌گوید: «تبدیل یک ایده دانشگاهی پیشرفته به چیزی که یک کارخانه تجاری بتواند آن را تولید کند، چالش بزرگی است. این پروژه نشان می‌دهد چنین معماری‌هایی فقط در آزمایشگاه قابل‌اجرا نیستند، بلکه می‌توان آنها را در داخل کشور و در مقیاس صنعتی تولید کرد.»
عملکرد خیره‌کننده در بار کاری هوش مصنوعی
آزمون‌های اولیه نشان می‌دهد که این تراشه در مقایسه با نمونه‌های دوبعدی مشابه، تا چهار برابر عملکرد بهتری دارد. همچنین، شبیه‌سازی نسخه‌های بلندتر با لایه‌های بیشتر، بهبودهایی تا ۱۲ برابر را در بارهای کاری واقعی هوش مصنوعی از جمله مدل‌های مبتنی بر LLaMA شرکت متا نشان می‌دهد.
پژوهشگران تاکید می‌کنند که این معماری مسیر دستیابی به بهبود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابری در شاخص محصول انرژی تاخیر (EDP) را هموار می‌کند؛ شاخصی حیاتی که تعادل میان سرعت و مصرف انرژی را نشان می‌دهد.
اهمیت این دستاورد تنها در افزایش سرعت خلاصه نمی‌شود، بلکه اثبات می‌کند که آمریکا می‌تواند نسل بعدی تراشه‌های پیشرفته را طراحی و تولید کند و آینده سخت‌افزار هوش مصنوعی به نسلی جدید از مهندسان مسلط بر فناوری‌های سه‌بعدی یکپارچه وابسته است.
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
