Попов_НГТУ-2015 ноябрь 16

Информационные технологии

Tianhe-2 33.9 PFLOPS 17.6 MW 1.9 gigaflops/watt i7-3610QE 73.6 GFLOP

Human brain Operations per second:

1015 synapses x 10Hz =	1016
from energy considerations:	1015
~1 PetaOps at 20 W
The International Technology Roadmap for Semiconductors, 2007	11

Бинарная логика (архитектура фон Неймана)

12

Логика мозга (нейроморфная архитектура)

~1011 neurons, 1015 synapses

~ 20W

Operations per second:

1015 synapses x 10Hz =	1016
from energy considerations:	1015
(	~ petaOps)

G.-W. Ng, Brain-Mind Machinery (2009)

13

Мотивация

1.Конец парадигм «закон Мура» и «архитектура фон Неймана»

2.Создание высокопроизводительных информационных систем с низким энергопотреблением требует новую концепцию вычислений и новую элементную базу

3.Возможные пути решения - концепция параллельных вычислений на нейроморфных и квантовых системах

14

План

•Мотивация - смена парадигмы или концепции

•Масштабирование полевого транзистора

(FET оr FinFET)

•Концепция

•Нейроморфные системы

•Квантовые системы

15

МОП транзистор – триод с модуляцией проводимости поперечным полем

Хорошая идея, но…

Julius Edgar Lilienfeld (1881-1963) ...
US patent 1900018 "Device for controlling electric
current" filed on 28.03.1928	16

МОП транзистор – триод с модуляцией проводимости поперечным полем

After 80 Y’s: …first thin film p-MOSFET on Cu2O with satisfactory requirements for practical applications…

Elvira Fortunato et al., Appl.Phys.Lett., 96, 92102-3 ( April 2010)

17

Кремниевый МОП транзистор

1960: First MOSFET by Dawon Kahng	2014: O. Weber et al. 14-nm FDSOI (STM, CEA-LETI, IBM)
and Martin M. (John) Atalla

Si

Al Gate

Source

Al Gate

Si

Drain

1 mm

«…С полностью обедняемыми транзисторами на структурах кремний-на- изоляторе (КНИ) с ультратонкими слоями кремния и встроенного диэлектрика (связываются основные надежды в продвижении кремниевой планарной технологии в нанометровую область …. благодаря однозначному соответствию между величиной заряда в канале транзистора (а значит, и тока стока) и напряжением на его затворах» .

В.П. Попов, М.А. Ильницкий, О.В. Наумова, А.Н. Назаров. ФТП, 2014, 48, 1348-1353

18

Кремниевый МОП транзистор

Нет других человеческих артефактов, сделанных в большем количестве (>1010/чел.)

“…некоторые рассматривают его как один из важнейших технологических прорывов в человеческой истории…” (Wikipedia, the source of all human knowledge)

19

Масштабирование МОП транзисторов

20