Цзин Ли, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники в UW-Madison, создает компьютерные микросхемы, которые можно настроить для выполнения сложных вычислений и хранения огромных объемов информации в одном интегрированном блоке, а также для эффективного взаимодействия с другими микросхемами. Она называет их «жидким кремнием».
«Liquid означает программное обеспечение, а кремний означает оборудование. Это совместная программно-аппаратная технология», — говорит Ли. «Вы можете иметь суперкомпьютер в коробке, если хотите. Мы хотим ориентироваться на множество очень интересных приложений с большим объемом данных, включая распознавание лиц или голоса, обработку естественного языка и аналитику графиков».
Высокоскоростное вычисление числа процессоров и хранилище данных большой памяти в современных компьютерах обычно относятся к двум совершенно разным типам оборудования.«Когда классическим компьютерам необходимо перемещать данные между памятью и процессором, возникает огромное узкое место», — говорит Ли. «Мы создаем унифицированное оборудование, которое может преодолеть разрыв между вычислениями и хранением».Микросхемы процессора и памяти обычно производятся по отдельности на разных производственных предприятиях, а затем системные инженеры собирают вместе на печатных платах для изготовления компьютеров и смартфонов.
Разделение означает, что даже простые операции, такие как поиск, требуют выполнения нескольких шагов: сначала извлечение данных из памяти, а затем отправка этих данных по всей глубокой иерархии хранилища в ядро процессора.Чипы, которые разрабатывает Ли, напротив, объединяют память, вычисления и связь в одно и то же устройство, используя многоуровневую конструкцию, называемую монолитной трехмерной интеграцией: кремниевые и полупроводниковые схемы внизу соединены с массивами твердотельной памяти наверху с использованием плотных металлических элементов. -металлические ссылки. Конечные пользователи смогут настроить устройства для выделения большего или меньшего количества ресурсов для памяти или вычислений, в зависимости от того, какие типы приложений необходимо запускать системе.«Он может быть динамичным и гибким, — говорит Ли. «Изначально мы беспокоились, что это может быть слишком сложно использовать, потому что существует слишком много вариантов.
Но при правильной оптимизации любой может воспользоваться богатой гибкостью, предлагаемой нашим оборудованием».Чтобы помочь людям использовать потенциал нового чипа, группа Ли также разрабатывает программное обеспечение, которое переводит популярные языки программирования в машинный код чипа. Этот процесс называется компиляцией.
«Если бы я просто протянул вам что-нибудь и сказал:« Это суперкомпьютер в коробке », вы, возможно, не сможете его использовать, если интерфейс программирования слишком сложен», — говорит Ли. «Вы не можете представить себе людей, программирующих в терминах двоичных нулей и единиц. Это было бы слишком болезненно».
Благодаря ее программному обеспечению для компиляции программисты смогут переносить свои приложения непосредственно на новый тип оборудования, не меняя своих привычек кодирования.Чтобы оценить производительность прототипов жидких кремниевых чипов, Ли и ее ученики создали автоматизированную систему тестирования, которую они построили с нуля. Платформа может выявить проблемы с надежностью лучше, чем даже самые передовые отраслевые испытания, и несколько компаний отправили свои чипы Ли для оценки.
Учитывая, что на тестирование приходится более половины потребительской стоимости компьютерных микросхем, наличие такой передовой инфраструктуры в UW-Madison может помочь воплотить в жизнь микросхемы на жидком кремнии и облегчить будущие исследования.«С нашей платформой мы можем проводить все типы тестирования на уровне устройств, схем и систем», — говорит Ли. «Наши отраслевые партнеры сказали нам, что наша система тестирования автоматически выполняет всю работу инженера-испытателя».