Newswise — РИЧЛЕНД, Вашингтон — Микроэлектроника управляет современным миром. Чтобы оставаться впереди кривой развития, необходимы инвестиции, которые не просто идут в ногу со временем, но и устанавливают новые стандарты для следующего поколения технологических достижений. Сегодня Министерство энергетики объявило о создании трех научно-исследовательских центров микроэлектроники для удовлетворения конкретных потребностей страны в микроэлектронике, предназначенной для работы в экстремальных условиях, таких как высокая радиация, сильный холод и сильное магнитное поле — ситуациях, когда необходимы устойчивые и надежные рабочие среды. ключевой. Новые MSRC не только ориентированы на следующее поколение микроэлектроники, которая питает наши коммуникации, электрические сети и центры обработки данных, но и делают это с гораздо большей энергоэффективностью.

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория Министерства энергетики возглавит три проекта в рамках многоинституциональных MSRC и внесет свой вклад в реализацию четвертого проекта в поддержку этих неотложных национальных потребностей.

«PNNL накопила опыт и междисциплинарную проницательность, необходимую для реализации совместного проектирования аппаратного и программного обеспечения, одновременно решая проблемы энергоэффективности, охватывающие традиционные высокопроизводительные вычисления и периферийные вычисления, а также интеграцию данных датчиков из экспериментальных пользовательских объектов Министерства энергетики», — сказал Карл Мюллер, директор отдела разработки программ по физическим и вычислительным наукам в PNNL. «Мы воодушевлены масштабами этой задачи и готовы засучить рукава и приступить к работе».

MSRC не будут дублировать усилия отрасли, а вместо этого будут работать вместе с промышленностью, предоставляя специализированные знания, инструменты и оборудование в области, которые часто игнорируются более крупным сектором коммерческой микроэлектроники.

Проекты PNNL MSRC принесут пользу трем исследовательским направлениям:

Самосборка перестраиваемых молекулярных мемристоров с дальним порядком для отказоустойчивых и энергоэффективных нейроморфных вычислений

Вдохновленные исключительными возможностями передачи и обработки информации человеческого мозга, исследователи PNNL будут продвигать прогнозное понимание локальных и дальних межмолекулярных взаимодействий, необходимое для совместной разработки энергоэффективных и надежных устройств памяти с переключателем сопротивления, часто называемых мемристорами. . Эти передовые вычислительные устройства известны своей высокой скоростью работы и меньшим энергопотреблением, чем традиционное вычислительное оборудование.

«Мы будем использовать уникальный опыт и возможности PNNL в области контролируемого ионного осаждения, синтеза и определения характеристик материалов, а также многомасштабного моделирования, чтобы обеспечить совместную разработку индивидуальных молекулярных мемристоров», — сказал Грант Джонсон из PNNL, директор проекта.

Команда будет использовать и расширять природную модель, используя наноразмерные биоматериалы для создания искусственных синапсов для вычислений, основанных на мозге. Это исследование финансируется Управлением науки Министерства энергетики США по программе фундаментальных энергетических наук.

«Этот проект расширяет нашу новаторскую работу по разработке и синтезу биомиметических наноматериалов из пептоидов с определенной последовательностью — синтетических белковоподобных молекул, которые более надежны, чем естественные строительные блоки, что позволяет разрабатывать искусственные синапсы с контролируемой структурой, химией и дальнодействующими свойствами. заказ на интеграцию в микроэлектронные устройства», — добавил Чун-Лонг Чен из PNNL, руководитель проекта и заместитель директора.

Ускорение EUV-литографии нового поколения (ANGEL)

С каждым годом объем информации, закодированной на полупроводниковых пластинах, увеличивается. Но производители достигают физического предела того, сколько может поместиться на каждом чипе. Производители микроэлектроники теперь стремятся использовать передовую фотолитографию для печати на чипах все более мелких элементов. Исследователи PNNL переходят на новый уровень точности и контроля с помощью литографии в крайнем ультрафиолете.

«Мы концентрируемся на повышении эффективности источников плазменных фотонов, генерируемых лазерами в крайнем ультрафиолетовом свете, и уменьшении повреждений оптики в суровых условиях», — сказал главный исследователь Сиванандан (Хари) Харилал.

Команда будет изучать фундаментальное поведение света, работающего в этих экстремальных условиях, с целью повышения эффективности источника света и смягчения деградации материалов в экстремальных условиях, с которыми сталкивается сканер. Это исследование получило поддержку со стороны программ Управления науки Министерства энергетики США, фундаментальных энергетических наук и программ термоядерных энергетических наук.

Демократизация совместного проектирования энергоэффективных гетерогенных вычислений (DeCoDe)

Научные вычисления всегда предъявляли сложные требования, и эти требования часто трудно удовлетворить в рамках академического или некоммерческого бюджета. Проект DeCoDe направлен на снижение затрат и усилий, необходимых для возрождения компьютерных архитектур для удовлетворения передовых вычислительных потребностей страны. Команда будет применять свои возможности с открытым исходным кодом для совместной разработки аппаратных ускорителей и вспомогательного системного программного обеспечения. Используя открытую экосистему «чиплетов», команда объединит разработки энергоэффективных аналоговых и цифровых ускорителей с обычными вычислительными процессорами, модулями памяти и другими вычислительными элементами в одном пакете. Проект поддерживается Управлением науки Министерства энергетики США по программе перспективных научных компьютерных исследований.

«В DeCoDe мы объединим выдающуюся работу нашей команды разработчиков открытого аппаратного обеспечения с инструментами проектирования аппаратного обеспечения на основе компилятора PNNL для разработки передовых проектов для энергоэффективных гетерогенных вычислений», — сказал Джим Анг, главный исследователь проекта DeCoDe. «Эти проекты будут нацелены на инвестиции в инфраструктуру согласно Закону CHIPS для создания прототипов».

Кроме того, PNNL внесет свой вклад в моделирование компьютерной архитектуры в другой проект, возглавляемый Брукхейвенской национальной лабораторией. Цель компании El-Pho: гетерогенно-интегрированные электрофотонные реконфигурируемые вычисления для экстремальных сред — разработать операционную платформу, которая объединяет аппаратное и программное обеспечение для вычислений и связи для поддержки чувствительных детекторов в условиях ядерного синтеза и экстремально холодных криогенных средах.