Закон Мура гласит, что количество транзисторов в интегральной схеме будет удваиваться каждые два года, чтобы соответствовать требованиям обработки. Ранее эта цель решалась за счет уменьшения размеров отдельных транзисторов, чтобы можно было добавить в микросхему больше. Однако это решение быстро становится непригодным, и полупроводниковая промышленность ищет новые способы создания более совершенных компьютерных микросхем.
«Мы достигаем пределов физики с точки зрения размера транзистора, поэтому нам нужен новый способ повышения производительности микропроцессоров», — говорит Бехнам Киа, старший научный сотрудник по физике в NC State и ведущий автор статьи с описанием работы. . «Мы предлагаем использовать теорию хаоса — собственную нелинейность системы — чтобы можно было программировать транзисторные схемы для выполнения различных задач. Очень простая нелинейная транзисторная схема содержит очень богатые шаблоны. Различные шаблоны, которые представляют разные функции, сосуществуют в нелинейной динамике системы. системы, и они могут быть выбраны.
Мы используем эти динамические уровни поведения для выполнения различных задач обработки с использованием одной и той же схемы. В результате мы можем получить больше из меньшего ".Киа и его коллега из штата Северная Каролина Уильям Дитто, профессор физики и декан Колледжа наук, работали над концепцией, проектированием, разработкой и производством микросхемы интегральной схемы, которая содержит рабочие нелинейные схемы для выполнения множества различных цифровых вычислений.Традиционно схемы на основе транзисторов выполняют по одной задаче.
Компьютерные процессоры работают, направляя каждую инструкцию и ее операнды в соответствующую транзисторную схему на интегральной схеме, которая реализует эту конкретную инструкцию. В конструкции Kia транзисторная схема может быть запрограммирована для реализации различных инструкций путем трансформации между различными операциями и функциями.«В современных процессорах вы не используете все схемы процессора постоянно, что является расточительством», — говорит Киа. «Наша конструкция позволяет быстро преобразовывать и реконфигурировать схему для выполнения желаемой цифровой функции в каждом тактовом цикле. Сердцем конструкции является аналоговая нелинейная схема, но интерфейс полностью цифровой, что позволяет схеме работать как полностью изменяемая. цифровая схема, которую можно легко подключить к другим цифровым системам ».
Исследователи разработали альтернативный подход к вычислениям, совместимый с существующими технологиями и использующий тот же процесс изготовления и инструменты САПР, что и существующие компьютерные микросхемы, что могло бы способствовать их коммерческому внедрению.«Мы считаем, что этот чип поможет решить проблемы, связанные с увеличением вычислительной мощности при меньшем количестве транзисторов», — говорит Киа. «Потенциал 100 изменяемых схем на основе нелинейного хаоса, выполняющих работу, эквивалентную 100 тысячам схем, или 100 миллионов транзисторов, выполняющих работу, эквивалентную трем миллиардам транзисторов, обещает расширить закон Мура — не за счет удвоения количества транзисторов каждые два года, а за счет увеличения возможностей транзисторов в нелинейных и хаотических схемах ».«Мы приближаемся к коммерческому размеру, мощности и простоте программирования в наших развивающихся проектах, которые вполне могут иметь значительную коммерческую значимость в течение нескольких месяцев с нашим трехмесячным циклом проектирования / изготовления улучшений и внедрений», — говорит Дитто.
Работа опубликована в IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. Кеннет Мобли из FirstPass Engineering также внес свой вклад в работу.
Исследование поддержано грантом Управления военно-морских исследований № N00014-14-C-0033.