重新定義資料處理 首款擁有1000個電晶體2D半導體問世
編譯／高晟鈞
資訊科技（Information Technology,簡稱IT）在處理資料時，會將電能轉換為熱能。如今，IT產業所產生的碳足跡已經足以與航空業相媲美。然而，更令人沮喪的是，這些處理器所消耗的大部分能量卻並沒有用於計算；相反地，它們更多地被浪費在了記憶體與處理器間的資料傳輸上。
Von Neuman架構
大約20年前，由於資料儲存與處理器需要不同類型的設備，Von Neuman架構因而被大量使用。然而，這卻成了如今CPU效率低下的罪魁禍首。
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Von Neuman架構指得是執行計算（CPU）和儲存資料（RAM）的設備是分開的。就像從倉儲到販賣，商品通常被存放在倉庫中；只有當需要時，員工才會從倉庫調取貨物發送給客戶。同樣道理，CPU也需要從記憶體中檢索資料來執行計算，而這些過程會消耗大量的能量成本。
如今，來自洛桑聯邦理工學院實驗室的研究人員，將資料處理與儲存整合到單一設備上，成功解決Von Neuman架構效率低下的問題。這種最新的設備被稱為──記憶體處理器。
新型二維處理器架構
作者Guilherme Migliato Marega使用了二維材料MoS2成功開發出第一台二維記憶體處理器，專門用於資料處理中的基本運算之一──向量矩陣乘法。向量矩陣乘法在數位訊號處理和人工智慧模型領域被大量使用，其效率的提高，將為整個IT產業帶來大量的能量節約。
二維記憶體處理器，是將1,024個獨立的元件組合到一個1cm x 1cm的晶片上。每個獨立元件都包含了一個2D MoS2電晶體和一個浮動閘極，用於在記憶體中儲存電荷，以控制每一個電晶體的導電性。
透過設定每個電晶體的導電率，研究團隊可以向處理器施加電壓並測量輸出來進一步執行矩陣乘法。這種計算方式將從根本上改變處理器執行計算的方式。
從實際應用到振興歐洲晶片製造
MoS2對於記憶體處理器的開發至關重要。MoS2不同於矽元素，MoS2能形成穩定的單層。僅僅只有3個原子厚的沉積層，除了不容易與周圍環境發生作用，也具有滿足電子設備走向小型化趨勢的潛力。得益於製程技術的優化，研究團隊已經可以生產覆蓋均勻MoS2沉積層晶圓，為大規模生產打開大門。
除了純粹的科學價值外，這份研究也給了歐盟一個電子製造的方向。與其盲目地與其他國家進行相同領域的競賽，專心開發非Von Neuman架構，有望讓歐洲在未來的電子架構領域中取得先機。
資料來源:TechXplore
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