- Впервые в коммерческом производстве создан монолитный 3D-чип для ИИ с вертикальной архитектурой, объединяющей память и логику непосредственно на кристалле.
- Чип демонстрирует до 4 раз повышение производительности в реальных тестах и до 12 раз — в моделированиях для задач искусственного интеллекта, включая модели LLaMA от Meta.
- Производство реализовано на американской фабрике SkyWater с использованием техпроцесса 90-130 нанометров, что открывает перспективы для дальнейшего совершенствования и конкуренции с современными графическими процессорами.
Исследовательская команда из Стэнфордского университета совместно с Университетами Карнеги — Меллон, Пенсильвании и MIT в партнерстве с американской полупроводниковой фабрикой SkyWater Technology впервые реализовала монолитный трёхмерный чип для искусственного интеллекта, произведённый на коммерческом уровне. Новый чип отличается тем, что память и логические вычислительные блоки выращиваются послойно в едином технологическом процессе, а не собираются из отдельных готовых кристаллов. Такое вертикальное строение позволяет значительно сократить расстояния передачи данных между блоками, что решает типичные проблемы плоской двухмерной архитектуры — длительные задержки, большие энергетические затраты и эффект «memory wall», возникающий при невозможности своевременной подачи данных из памяти к вычислительным модулям.
По своей сути новая технология напоминает небоскрёб, где слоями расположены память и вычислительные элементы, соединённые плотной сетью вертикальных связей. Процесс наращивания слоёв проходит при относительно низкой температуре около 415 градусов Цельсия, что предотвращает повреждение нижних слоёв. В составе архитектуры применены кремниевая логика, резистивная память и транзисторы из углеродных нанотрубок.
Несмотря на использование в производстве сравнительно устаревшего техпроцесса 90-130 нанометров, чип в аппаратных тестах уже продемонстрировал четырёхкратный прирост производительности по сравнению с классическими двухмерными аналогами. Симуляции, учитывающие большее количество слоёв, показывают, что прирост в задачах ИИ может достигать 12 раз, в том числе на примере вычислительных моделей LLaMA, разработанных компанией Meta. Такая значительная эффективность достигается за счёт сильного сокращения объёмов перемещаемых данных и существования множества вертикальных путей передачи информации, что одновременно повышает пропускную способность и снижает энергозатраты на операцию — сочетание, обычно недостижимое для традиционных плоских структур.
Особенно примечательно, что разработка уже вышла за рамки университетских лабораторий и была выпущена на коммерческом производстве крупной американской фабрики SkyWater, что свидетельствует о готовности технологии к масштабному применению. Тем не менее, в текущем виде новинка не сопоставима с современными графическими процессорами, изготавливаемыми по 4-5-нанометровым техпроцессам. Решение данной задачи стоит в числе следующих целей исследователей, что сулит дальнейшее повышение производительности и энергоэффективности ИИ-чипов.
