Perlombaan $ 179 juta untuk menemukan kembali mikroelektronika untuk AI dan efisiensi energi
Departemen Energi berinvestasi dalam mikroelektronika generasi berikutnya untuk mengekang permintaan energi yang meroket.
SLAC dan lembaga-lembaga top lainnya mengembangkan bahan-bahan inovatif, penginderaan bertenaga AI, dan komputasi yang terinspirasi oleh otak untuk mendorong efisiensi ke tingkat baru.
Menghubungi Masa Depan: Permintaan Energi Mikroelektronika
Mikroelektronika menyalakan komputer, perangkat medis, dan instrumen mutakhir yang mendorong teknologi modern dan penemuan ilmiah. Namun, kemajuan ini datang dengan meningkatnya permintaan energi. Integrasi kecerdasan buatan Lebih lanjut mempercepat konsumsi energi, meningkatkan kekhawatiran bahwa lintasan saat ini tidak berkelanjutan.
Untuk mengatasi tantangan ini, Departemen Energi (DOE) menginvestasikan $ 179 juta di tiga pusat penelitian sains mikro. Pusat-pusat ini akan menyatukan para peneliti dari berbagai lembaga dan disiplin ilmu, bekerja bersama mitra industri untuk mengembangkan mikroelektronika yang lebih hemat energi yang juga dapat berkinerja andal di lingkungan yang ekstrem.
Kepemimpinan SLAC dalam penelitian mikroelektronika mutakhir
Laboratorium Accelerator Nasional SLAC DOE akan mengambil peran utama dalam inisiatif ini, memimpin dua proyek dalam Pusat Penelitian Efisiensi Energi Mikroelektronika untuk Teknologi Tingkat Lanjut (MEERCAT). Selain itu, SLAC akan berkolaborasi dalam penelitian di Extreme Lithography & Material Innovation Center (ELMIC) dan integrasi co-desain & heterogen untuk Microelectronics di Extreme Environments (Chime) Center.
“Kemajuan dalam mikroelektronika sangat penting untuk memajukan penemuan ilmiah,” kata Harriet Kung, Wakil Direktur Kantor Sains untuk Program Sains. “Inovasi yang berasal dari pusat -pusat penelitian ini akan meningkatkan kehidupan kita sehari -hari dan mendorong kepemimpinan AS dalam sains dan teknologi.”
Reimagining Mikroelektronika untuk Efisiensi Energi
Metode yang ada untuk menyusutnya perangkat mendekati batasnya, sehingga para peneliti harus menemukan pendekatan baru untuk mikroelektronika yang menyeimbangkan tuntutan untuk lebih banyak daya komputasi dan menangani lebih banyak data sambil mengurangi konsumsi energi. Untuk mengatasi tantangan -tantangan ini, Meercat siap untuk berinovasi desain dan penemuan bahan baru, perangkat, dan arsitektur sistem untuk mikroelektronika untuk mendorong batas -batas kemampuan komputasi dan penginderaan saat ini, area kritis untuk misi ilmiah DOE.
Pusat ini akan menjadi tuan rumah sains yang memungkinkan untuk mikroelektronik hemat energi transformatif (penghargaan), sebuah proyek yang dipimpin oleh Paul McIntyre, direktur laboratorium SLAC untuk Stanford Synchrotron Radiation Lightsource, dan termasuk mitra dari Stanford University, Georgia Institute of Technology, Universitas NorthwesternUniversitas Tennessee, Knoxville, dan Universitas Texas, San Antonio. Tim akan berkonsentrasi pada memajukan metode baru untuk manufaktur, metrologi, desain dan simulasi mikroelektronika yang hemat energi, termasuk penemuan bahan berstrukturnano, arsitektur perangkat baru dan integrasi perangkat lunak-hardware.
Terinspirasi oleh Otak Manusia: Pendekatan Baru untuk Komputasi
Dalam pencarian mereka, para peneliti “menemukan cara untuk menumpuk perangkat secara vertikal melalui metode manufaktur baru,” kata McIntyre, dan mencari otak manusia untuk mendapatkan inspirasi. Misalnya, alih -alih meningkatkan konfigurasi perangkat keras komputer saat ini, di mana data dibolak -balik melalui kabel yang relatif panjang yang menghubungkan logika dan chip memori terpisah, tim akan mengintegrasikan beberapa fungsi ke dalam komponen atau perangkat yang sama.
“Otak adalah sistem yang sangat hemat energi dibandingkan dengan komputer berbasis silikon,” kata McIntyre.
Menerapkan ide-ide ini akan membutuhkan “strategi atom-ke-algoritma” untuk mengontrol proses fisik di jarak jarak dan waktu yang luas dan untuk memetakan proses ini ke perangkat lunak. Untuk mengoptimalkan upaya ini, tim akan mengerjakan semua bidang ini secara bersamaan-pendekatan yang disebut co-desain. SLAC membawa instrumen X-ray dan ultrafast terkemuka di dunia dan mikroskop elektron kriogenik ke tantangan ini, serta keahlian dalam ilmu material dan desain perangkat.
Penanganan Banjir Data: Sistem Penginderaan yang Lebih Cerdas
Instrumen canggih di seluruh DOE National Laboratories Speed Scientific Discovery dan menghasilkan sejumlah besar data dengan kecepatan Blazing. Metode konvensional menyimpan data dan kemudian menganalisisnya pada komputer tidak akan lagi cukup, sehingga para peneliti beralih untuk mengekstraksi informasi yang berguna secara real time dengan menata ulang banyak aspek pengumpulan data dan proses analisis sistem penginderaan – jaringan sensor yang mendeteksi dan mengukur fenomena lingkungan.
Juga bagian dari MeerCat, proyek teknologi penginderaan cerdas yang sangat hemat energi (Aureis), yang dipimpin oleh Angelo Dragone, Wakil Direktur Laboratorium Associate Lab SLAC di Direktorat Inovasi Teknologi, akan fokus pada desain ulang sistem penginderaan untuk memproses secara cerdas dan menganalisis data mentah sedekat mungkin dengan sensor, mengurangi jumlah data yang dapat diproses. Melalui co-desain, tim, yang terdiri dari para peneliti dari seluruh SLAC dan kolaborator dari enam laboratorium dan universitas nasional lainnya, akan mengeksplorasi bahan-bahan baru, arsitektur komputasi, AI dan Pembelajaran Mesin Algoritma dan proses fabrikasi untuk mengembangkan teknologi penginderaan adaptif, ultrafast, cerdas dan hemat energi.
“Kami memiliki keahlian dan kemampuan lama di lab dalam mengembangkan detektor untuk sains sinar-X dan fisika energi tinggi,” kata Dragone. “Pada saat yang sama, kami memanfaatkan AI dan pembelajaran mesin untuk mendukung alur kerja yang kompleks dan komputasi tepi.” Antara SLAC dan lembaga mitra, tim Aureis akan memiliki akses ke fasilitas kelas dunia untuk desain, fabrikasi dan karakterisasi sensor dan sirkuit, misalnya, nanofabrikasi Stanford Fasilitas dan Stanford Nano berbagi Fasilitas; Fasilitas Data Sains SLAC bersama; dan fasilitas desain, perakitan dan pengujian di dalam divisi instrumentasi SLAC.
Mitra lain dalam proyek ini termasuk para peneliti dari Laboratorium Nasional Argonne, Laboratorium Nasional Brookhaven, Laboratorium Akselerator Nasional Fermi (Fermilab), Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley, Laboratorium Nasional Lawrence Livermore, Universitas Stanford, Universitas Hawaii, Manoa, dan Ge Vernova.
Menargetkan mikroelektronika di lingkungan yang ekstrem
Membuat dan mengoperasikan perangkat mikroelektronika dapat melibatkan lingkungan medan magnet yang sangat dingin, tinggi dan tinggi. Pekerjaan SLAC tentang Instrumen Ilmiah untuk Eksperimen Fisika Berenergi Tinggi, Penginderaan Kuantum dan Ilmu X-Ray UltraFast membawa keahlian yang unik dalam merancang semikonduktorsirkuit dan sistem mikroelektronik untuk bekerja di lingkungan yang ekstrem.
Tujuan Elmic adalah untuk mengintegrasikan bahan dan proses baru untuk mikroelektronika di masa depan, yang berfokus pada bidang-bidang seperti nanofabrikasi berbasis plasma, sumber ultraviolet ekstrem (EUV) dan sistem bahan baru hanya beberapa atom atau molekul tebal, yang dikenal sebagai bahan dua dimensi.
Siegfried Glenzer, direktur Divisi Ilmu Kepadatan Energi Tinggi SLAC, akan bermitra dalam Efisiensi Konversi Tinggi 2 UM (Mikrometer) Sumber yang Didorong Laser untuk Proyek Litografi dan Sains Plasma EUV, yang dipimpin oleh Lawrence Livermore National National Laboratorium. Untuk membuat chip dengan cara yang lebih hemat energi, tim sedang mengerjakan novel plasma Sumber yang dapat memancarkan cahaya dalam panjang gelombang ultraviolet ekstrem. Proyek ini akan menggunakan teknologi canggih SLAC dalam sistem target, yang membantu penyelarasan dan pengukuran, dan keahlian dalam interaksi laser-plasma.
“Pusat -pusat DOE memenuhi kebutuhan energi kami yang tumbuh dengan mendorong penelitian mendasar untuk mengembangkan teknologi mikroelektronika baru dan canggih.”
Direktur Laboratorium SLAC
Misi Chime: Memajukan teknologi generasi berikutnya
Sementara itu, Chime akan menyatukan proyek-proyek yang mengoptimalkan dan memajukan teknologi generasi berikutnya dari skala atom ke instrumen yang terintegrasi sepenuhnya untuk digunakan dalam lingkungan yang menantang.
Dalam lonceng, staf Direktorat Teknologi Staf Ilmuwan Lorenzo Rota bermitra di LED FERMILAB Detektor foton tunggal yang terintegrasi dengan proyek Cryogenic Electronics (Spice), yang bertujuan untuk mengembangkan perangkat canggih untuk mendeteksi partikel fundamental, menjelaskan cara kerja alam semesta. Untuk memfasilitasi eksperimen mutakhir ini, tim Spice akan fokus pada co-desain dan integrasi bahan baru, sensor, dan sirkuit yang beroperasi pada suhu yang sangat dingin. Proyek ini akan memanfaatkan pengalaman luas SLAC dalam merancang komponen-komponen penting dalam detektor ini, yang disebut sensor gambar, dan dalam merancang dan mengembangkan detektor sinar-X untuk eksplorasi ilmiah.
Mendorong masa depan penelitian mikroelektronika
“Pusat -pusat DOE menangani kebutuhan energi kami yang tumbuh dengan mendorong penelitian mendasar untuk mengembangkan teknologi mikroelektronika baru dan canggih,” kata John Sarrao, direktur laboratorium. “Kami berterima kasih atas kesempatan ini untuk berkolaborasi dengan mitra kami dalam ekosistem mikroelektronika melalui pendekatan desain bersama yang inovatif ini.”
Pusat Penelitian Sains Mikroelektronika didanai oleh Kantor Sains DOE. SSRL dan LCL adalah Fasilitas Pengguna Kantor Sains DOE.
