تراشه‌ای که از محدودیت‌های دوبعدی عبور می‌کند

گروهی از مهندسان از دانشگاه‌های Stanford University، Carnegie Mellon University، University of Pennsylvania و Massachusetts Institute of Technology با همکاری شرکت SkyWater Technology موفق به توسعه یک تراشه کامپیوتری چندلایه و سه‌بعدی شده‌اند؛ تراشه‌ای که می‌تواند مسیر آینده سخت‌افزار هوش مصنوعی را به‌طور جدی تغییر دهد.

برخلاف تراشه‌های رایج امروزی که عمدتاً دوبعدی و تخت هستند، این تراشه جدید به‌صورت عمودی ساخته شده است. لایه‌های فوق‌نازک مانند طبقات یک ساختمان روی هم قرار گرفته‌اند و اتصالات عمودی پرسرعت، نقش آسانسورهایی را دارند که حجم عظیمی از داده را با سرعت بالا جابه‌جا می‌کنند. نتیجه این معماری، کاهش چشمگیر تأخیر و افزایش قابل‌توجه توان پردازشی است.

چرا تراشه‌های تخت برای هوش مصنوعی کافی نیستند؟

مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی مانند ChatGPT یا Claude دائماً داده‌های عظیمی را بین حافظه و واحدهای پردازشی جابه‌جا می‌کنند. در تراشه‌های دوبعدی، حافظه پراکنده است و مسیرهای انتقال داده محدود و شلوغ‌اند. این مشکل که به «دیوار حافظه» (Memory Wall) معروف است، باعث می‌شود پردازنده‌ها منتظر رسیدن داده بمانند و از تمام توان خود استفاده نکنند.

از سوی دیگر، کوچک‌سازی ترانزیستورها نیز به مرزهای فیزیکی خود رسیده که از آن با عنوان «دیوار کوچک‌سازی» یاد می‌شود. ترکیب این دو محدودیت، پیشرفت سخت‌افزار AI را کند کرده است.

راه‌حل: معماری سه‌بعدی یکپارچه (Monolithic 3D)

در این پروژه، به‌جای چسباندن چند تراشه جداگانه روی هم، هر لایه مستقیماً روی لایه قبلی ساخته شده است؛ روشی که «یکپارچه سه‌بعدی» نام دارد. این تکنیک امکان ایجاد اتصالات عمودی بسیار متراکم‌تر را فراهم می‌کند و حافظه و منطق پردازشی را در فاصله‌ای بسیار نزدیک کنار هم قرار می‌دهد.

نکته مهم اینجاست که تمام این فرآیند در یک کارخانه تجاری آمریکایی انجام شده، نه فقط در مقیاس آزمایشگاهی.

عملکرد بهتر، مصرف انرژی کمتر

آزمایش‌های اولیه نشان می‌دهد این تراشه سه‌بعدی حدود ۴ برابر سریع‌تر از تراشه‌های دوبعدی مشابه عمل می‌کند. شبیه‌سازی‌ها حتی از بهبود تا ۱۲ برابر در بارهای کاری واقعی هوش مصنوعی خبر می‌دهند؛ از جمله بارهایی برگرفته از مدل متن‌باز LLaMA متعلق به Meta.

علاوه بر سرعت، این معماری می‌تواند در بلندمدت به بهبود ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابری در شاخص بهره‌وری انرژی-زمان (EDP) منجر شود؛ ترکیبی که تاکنون دستیابی به آن در تراشه‌های تخت بسیار دشوار بوده است.

اهمیت راهبردی برای آینده آمریکا

پژوهشگران تأکید می‌کنند که این دستاورد فقط یک پیشرفت فنی نیست. اثبات امکان تولید تراشه‌های پیشرفته سه‌بعدی در داخل آمریکا، نقشه راهی برای تقویت نوآوری داخلی در صنعت نیمه‌رساناها ارائه می‌دهد. این موضوع می‌تواند وابستگی به تولید خارجی را کاهش داده و جایگاه آمریکا را در رقابت جهانی سخت‌افزار هوش مصنوعی تقویت کند.

آینده سخت‌افزار AI عمودی است

به گفته محققان، گذار به معماری‌های سه‌بعدی نیازمند نسل جدیدی از مهندسان است که در این حوزه آموزش ببینند؛ درست مانند موج آموزش طراحی مدارهای مجتمع در دهه ۱۹۸۰. پروژه‌هایی مانند AI Hardware Hub در حال آماده‌سازی این نسل جدید هستند تا آینده سخت‌افزار هوش مصنوعی را شکل دهند.

در نهایت، این تراشه سه‌بعدی نشان می‌دهد که برای پاسخ به نیازهای فزاینده هوش مصنوعی، دیگر نمی‌توان فقط روی تراشه‌های تخت حساب کرد؛ آینده، عمودی و چندلایه ساخته می‌شود.


برای مشاهده جدیدترین اخبار، به پایگاه خبری هوش مصنوعی ایران مراجعه کنید.