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Les ingénieurs du MIT affirment que l’empilage de composants de circuits les uns sur les autres pourrait être la réponse à la création de puces d’intelligence artificielle (IA) plus économes en énergie. Les composants logiques et mémoire, qui effectuent respectivement des calculs et stockent des données, peuvent transférer des données plus facilement lorsqu’ils sont en contact direct plutôt que lorsqu’ils sont séparés.
L’équipe a créé ce qu’on appelle un « transistor mémoire » comprenant à la fois un élément logique capable d’effectuer des calculs (le transistor) et un élément mémoire. Ce dispositif à l’échelle nanométrique présente relativement peu de défauts électriques, ce qui signifie qu’il peut fonctionner plus rapidement tout en consommant moins d’électricité, ont indiqué les scientifiques dans deux études présenté les 9 et 10 décembre lors de la réunion internationale sur les dispositifs électroniques à San Francisco.
Une seule interaction avec ChatGPT peut générer suffisamment de chaleur pour que vous en ayez besoin. l’équivalent d’une bouteille d’eau pour se rafraîchir. Mais la majeure partie de l’énergie associée à l’IA est utilisée pour transfert de données entre les composants plutôt que d’effectuer des calculs. Selon les scientifiques, même une petite économie sur la puce pourrait avoir un impact énorme.
« Nous devons minimiser la quantité d’énergie que nous utilisons à l’avenir pour l’IA et d’autres calculs centrés sur les données, car ce n’est tout simplement pas durable », auteur principal de l’étude. Yanjie Shaochercheur postdoctoral au MIT, a déclaré dans un déclaration. « Nous aurons besoin de nouvelles technologies comme cette plateforme d’intégration pour poursuivre ces progrès. »
L’empilage permet d’économiser de l’énergie, mais ce n’est pas facile
Les puces modernes contiennent des circuits logiques constitués de transistors ; ce sont des interrupteurs marche/arrêt qui contrôlent le flux de courant. Ces transistors se combinent pour représenter des 1 et des 0 binaires, c’est ainsi que les puces traitent les informations. Ils disposent également de circuits de mémoire, contenant des transistors ainsi que d’autres matériaux capables de stocker les données.
Les circuits logiques et de mémoire sont traditionnellement séparés et les données doivent voyager entre eux via des fils et des interconnexions, ce qui gaspille de l’énergie. Si empiler les composants actifs peut paraître une solution évidente, le défi consiste à y parvenir sans provoquer de dommages. Le dépôt, la formation contrôlée de couches ultrafines qui forment ces composants, doit être effectué à basse température, par exemple, car certains transistors ne supportent pas la chaleur.
Pour surmonter ce problème, les scientifiques ont construit leur transistor logique avec une couche de canal actif (la région où circule l’électricité) en oxyde d’indium. Surtout, le matériau peut être déposé dans une couche de deux nanomètres à environ 302 degrés Fahrenheit (150 degrés Celsius). Il s’agit d’une température suffisamment basse pour ne pas affecter les autres transistors.
Au-delà du transistor à oxyde d’indium, les scientifiques ont empilé verticalement un composant de mémoire – une couche de 10 nanomètres d’oxyde de hafnium-zirconium ferroélectrique – qui permet à l’appareil de stocker des données ainsi que de les traiter. Le transistor mémoire résultant peut s’allumer ou s’éteindre en seulement 10 nanosecondes et fonctionne à moins de 1,8 volts. Les vitesses de commutation des transistors à mémoire ferroélectriques typiques ont tendance à être des ordres de grandeur inférieurs et nécessitent des tensions comprises entre 3 et 4 V.
Le transistor de mémoire est rendu encore plus efficace en étant construit sur le « back-end » de la puce, où se trouvent les fils et les liaisons métalliques qui connectent les composants actifs du front-end. Shao a déclaré que cela rendait la densité d’intégration de la puce beaucoup plus élevée.
Pour les deux études, le transistor mémoire a été installé uniquement sur une structure en forme de puce plutôt que dans un circuit fonctionnel. L’équipe espère améliorer les performances du transistor afin qu’il puisse être intégré d’abord dans un seul circuit, puis dans des systèmes électroniques plus grands.
« Maintenant, nous pouvons construire une plate-forme électronique polyvalente à l’arrière d’une puce qui nous permet d’atteindre une efficacité énergétique élevée et de nombreuses fonctionnalités différentes dans de très petits appareils », a déclaré Shao. « Nous disposons d’une bonne architecture d’appareils et de bons matériaux avec lesquels travailler, mais nous devons continuer à innover pour découvrir les limites ultimes des performances. »
