Lefelé tartó spirál helyett felfelé törő chipek
Mindeddig a legtöbb chip sík, 2D elrendezésű volt, ahol az adatok hosszú, zsúfolt vezetékeken keresztül vándoroltak a memória és a számítási egységek között. Az egyre nagyobb mélytanuló modellek – mint a ChatGPT vagy a Claude – hatalmas adatáramlást igényelnek, amit ezek a lapos chipek már nem képesek megfelelő tempóban kiszolgálni. Az úgynevezett memóriafal, vagyis az a jelenség, amikor a processzor gyorsabban dolgozna, mint ahogy adatot tud kapni, ma a fejlesztés fő korlátja. Korábban a fejlesztők úgy próbálták orvosolni ezt, hogy egyre kisebb tranzisztorokat zsúfoltak egy lapkára, de a miniatürizáció ezen az úton elérte a fizikai határait.
A 3D chip ezzel szemben a memóriát és a logikát társasházszerűen, rétegekben függőlegesen rendezi, és rendkívül sűrű, gyors kapcsolatokat alkalmaz a rétegek között. Az eredmény: az adatok a chipen belül úgy áramlanak, mint az emberek egy modern felhőkarcoló gyorsliftjein, jóval több „úton” és nagyobb sebességgel.
Monolitikus módszer: szintet lépett a többrétegű chipgyártás
A korábbi 3D-s próbálkozások általában külön chipek egymásra rakásával dolgoztak. Ez önmagában is némi gyorsulást adhat, de az összekötő rétegek gyakran okoznak szűk keresztmetszetet. Ezzel szemben a mostani fejlesztésnél minden új réteget az előző közvetlen tetejére építenek alacsony hőmérsékletű, úgynevezett monolitikus integrációval, ami lehetővé teszi a vékonyabb, tömörebb szerkezetet és az extrém sűrű kapcsolatokat.
Nem zárható ki, hogy ennek köszönhetően egy teljesen új, energiahatékonyabb és gyorsabb számítógéparchitektúra születik: a hardvertesztek szerint a prototípus négyszer gyorsabb, mint jelenlegi 2D megfelelői, és a modellezések szerint több réteg beépítésével akár tizenkétszeres gyorsulás is elérhető az olyan MI-munkafolyamatokban, mint a Meta nyílt forrású LLaMA-modelljén alapulók.
Amerikai áttörés a chipgyártásban
Más megközelítésben a technológia jelentősége abban is áll, hogy teljes egészében amerikai gyárban készült, méghozzá a SkyWater Technology üzemében, Minnesotában. Mindeközben a projekt magában foglalja a Stanford Egyetem, a Carnegie Mellon, a Pennsylvaniai Egyetem és az MIT szakembergárdáját – összefogás, amely az USA félvezetőiparának önellátását és innovációját is erősítheti.
A fejlesztőcsapat kiemelte: a laboratóriumi prototípusokat most először sikerült kereskedelmi gyártásban is észrevehető előnnyel legyártani. Ez azért fontos, mert a jövőben az általuk elérhető, százszoros vagy akár ezerszeres energiahatékonysági (EDP) ugrások nem álomként, hanem iparilag megvalósítható célként jelennek meg.
Új mérnökgeneráció, új MI-hardverek
A monolitikus 3D chip nemcsak teljesítménybeli fordulatot jelenthet, hanem új ipar- és oktatáspolitikai célként is szolgálhat: egy egész nemzedék mérnöknek kell elsajátítania az új típusú tervezést és gyártástechnológiát, hasonlóan ahhoz, ahogy az integrált áramkörös forradalom az 1980-as években megalapozta az amerikai félvezetőipar vezető szerepét. Ehhez együttműködések és finanszírozási programok – például a Microelectronics Commons AI Hardware Hub – nyújtanak támogatást a mostani és jövőbeli fejlesztőknek.
Végső soron a monolitikus 3D chip áttörése nem csupán a gyorsaságról szól, hanem új képességet is jelent: az USA az élvonalbeli MI-hardverfejlesztést házon belül tarthatja, és a félvezetőipari újítás tempóját saját ritmusa szerint diktálhatja.
