- นักวิจัยพัฒนาลอจิกคอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ คาดว่าจะเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานได้ถึง 100 เท่าของเทคโนโลยีปัจจุบัน
- เทคโนโลยีใหม่ใช้ความเครียดเชิงกลในการประมวลผลข้อมูล และผสมผสานวิธีการนำข้อมูลหลายรูปแบบเข้าด้วยกัน
- เทคโนโลยีลอจิก MEFA สามารถลดพลังงานที่ใช้ในการคำนวณได้อย่างมาก โดยยังคงความเร็วและฟังก์ชันการทำงาน
- โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนการสำรวจวิธีการคำนวณใหม่ของ DARPA โดยมีเป้าหมายเพื่อก้าวข้ามระบบ CMOS
นักวิจัยชาวสหรัฐฯ กำลังพัฒนาลอจิกคอมพิวเตอร์รูปแบบใหม่ที่ใช้ความเครียดเชิงกลระดับนาโนเมตรในการประมวลผลข้อมูล คาดว่าจะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานได้สูงกว่าเทคโนโลยีในปัจจุบันถึง 100 เท่า โครงการนี้ได้รับเงินทุนสนับสนุน 10.6 ล้านดอลลาร์สหรัฐจากสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหม (DARPA) นำโดย ดร. Asif Khan รองศาสตราจารย์คณะวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์แห่ง Georgia Institute of Technology และคณะทำงานของเขา เงินทุนดังกล่าวมาจากโครงการ "Fast & Curious" ซึ่งมีเป้าหมายในการสร้างวงจรลอจิกที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าเทคโนโลยีที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันอย่างน้อย 100 เท่า
Khan กล่าวว่า "ไม่ว่าจะเป็นประจุไฟฟ้า แสง สนามแม่เหล็ก หรือความเครียด การคำนวณไม่สนใจว่าข้อมูลถูกส่งผ่านอย่างไร ตราบเท่าที่มันแสดงผลเป็นหนึ่งและศูนย์ได้อย่างน่าเชื่อถือ" เขาเสริมว่า "วิธีการของเราสำรวจเส้นทางที่แตกต่าง โดยการผสมผสานวิธีการนำข้อมูลหลายรูปแบบเข้าด้วยกัน"
หลักการทำงานของเทคโนโลยีการคำนวณรูปแบบใหม่
คอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมที่เพิ่มประสิทธิภาพของชิปทำงานโดยการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าผ่านทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัว ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ขนาดเล็กที่เปิดและปิดเพื่อแทนค่าหนึ่ง (ใช่) และศูนย์ (ไม่ใช่) ในระบบไบนารี อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยเชื่อว่าความเครียดเชิงกลอาจเป็นอีกวิธีหนึ่งในการประมวลผลข้อมูล เทคโนโลยีของพวกเขาเรียกว่า Mechanical Enhancement of Ferroelectric Activation (MEFA) Logic ใช้วัสดุเฟร์โรอิเล็กทริกที่ขยายตัวหรือหดตัวเล็กน้อยเมื่อได้รับแรงดันไฟฟ้า การเคลื่อนที่นี้จะถูกขยายและส่งไปยังช่องสัญญาณเซมิคอนดักเตอร์ที่อยู่ใกล้เคียง เพื่อควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้าและสลับระหว่างสถานะทางลอจิก
ดร. Khan ระบุว่า "เทคโนโลยีการคำนวณใหม่จะมีประโยชน์ก็ต่อเมื่อสามารถผสานเข้ากับระบบนิเวศเซมิคอนดักเตอร์ในวงกว้างได้ในท้ายที่สุด เราคำนึงถึงความสามารถในการผลิตและการบูรณาการตั้งแต่ต้น" ตามคำกล่าวของ Khan วิธีการนี้สามารถลดพลังงานที่ต้องใช้ในการคำนวณได้อย่างมาก โดยยังคงรักษาความเร็วและฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับระบบที่ใช้งานได้จริง
ภูมิหลังและเป้าหมายของโครงการ DARPA
โครงการนี้เป็นส่วนหนึ่งของแผนการของ DARPA ในการสำรวจวิธีการคำนวณใหม่ๆ โดยมีเป้าหมายเพื่อค้นหาเทคโนโลยีที่สามารถก้าวข้ามระบบ Complementary Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS) ในปัจจุบัน CMOS เป็นรากฐานของชิปคอมพิวเตอร์สมัยใหม่เกือบทั้งหมด ตั้งแต่หน่วยประมวลผลในสมาร์ตโฟนไปจนถึงฮาร์ดแวร์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงสำหรับปัญญาประดิษฐ์ CMOS เป็นหน่วยความจำขนาดเล็กที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ ทำหน้าที่จัดเก็บข้อมูลระบบที่สำคัญ เช่น วันที่ เวลา และการกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ รวมถึงติดตามการตั้งค่า Basic Input/Output System (BIOS) ที่ควบคุมการโต้ตอบระหว่างคอมพิวเตอร์กับส่วนประกอบฮาร์ดแวร์
โครงการ "Fast & Curious" ของ DARPA ท้าทายให้นักวิทยาศาสตร์สร้างอุปกรณ์ วัสดุ และสถาปัตยกรรมการคำนวณรูปแบบใหม่ที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยยังคงเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง ความพยายามนี้ซึ่งนำโดย Georgia Institute of Technology ยังรวมถึงนักวิจัยจาก Rice University และ University of Southern California ตลอดจนนักวิทยาศาสตร์จาก Northrop Grumman Space Park Foundry ทีมงานมุ่งเน้นผลักดันเทคโนโลยี MEFA จากอุปกรณ์เดี่ยวไปสู่วงจรที่ซับซ้อนมากขึ้น ในท้ายที่สุด พวกเขาหวังที่จะสาธิตแพลตฟอร์มการคำนวณที่ใช้งานได้จริง ซึ่งสามารถลดความต้องการพลังงานได้อย่างมาก Khan สรุปในข่าวประชาสัมพันธ์ว่า "สิ่งที่น่าตื่นเต้นไม่ใช่แค่ฟิสิกส์ของอุปกรณ์ แต่ยังรวมถึงความเป็นไปได้ในการผสานพลังงานที่ต่ำมากเข้ากับความเร็วและฟังก์ชันที่ระบบคอมพิวเตอร์เชิงปฏิบัติต้องการ"
รายการ ข้อมูลจำเพาะ หน่วยประมวลผล MEFA Logic การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน 100 เท่า
ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นของเทคโนโลยี MEFA ต่อการคำนวณในอนาคต
การพัฒนาเทคโนโลยี MEFA ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญของเทคโนโลยีการคำนวณ โดยเฉพาะในด้านประสิทธิภาพพลังงาน เมื่อความต้องการด้านการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเพิ่มสูงขึ้น เทคโนโลยีนี้ไม่เพียงช่วยลดการใช้พลังงาน แต่ยังคงรักษาความเร็วในการคำนวณและฟังก์ชันการทำงาน พร้อมทั้งเปิดทิศทางใหม่ให้กับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ในอนาคต การสนับสนุนจาก DARPA แสดงให้เห็นถึงความสำคัญที่ภาครัฐมีต่อสถาปัตยกรรมการคำนวณที่เป็นนวัตกรรม ซึ่งอาจผลักดันการพัฒนาของทั้งอุตสาหกรรม และส่งเสริมโซลูชันการคำนวณที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น