多功能计算机芯片已经发展到可以集成传感器、处理器、存储器和其他专用组件来做更多的事情。然而，随着芯片的扩展，在功能组件之间传输信息所需的时间也在增加。

“把它想象成盖房子，”圣路易斯华盛顿大学麦凯维工程学院(McKelvey School of engineering)机械工程和材料科学助理教授裴相勋(Sang-Hoon Bae)说。

“你从横向和纵向上扩建，以获得更多的功能，更多的空间来进行更专业的活动，但你必须花更多的时间在房间之间移动或交流。”

为了应对这一挑战，Bae和一个国际合作者团队，包括来自麻省理工学院、延世大学、仁荷大学、佐治亚理工学院和圣母大学的研究人员，展示了将分层2D材料的单片3D集成到用于人工智能(AI)计算的新型处理硬件中。

他们设想，他们的新方法不仅将提供一种材料级的解决方案，将许多功能完全集成到单个小型电子芯片中，而且还将为先进的人工智能计算铺平道路。

他们的研究成果发表在11月27日的《自然材料》杂志上，并被选为封面文章。

该团队的单片3d集成芯片比现有的横向集成计算机芯片更具优势。

该设备包含六个原子薄的2D层，每个层都有自己的功能，并显著降低了处理时间、功耗、延迟和占地面积。

这是通过紧密封装处理层来实现的，以确保层间的紧密连接。

因此，硬件在人工智能计算任务中提供了前所未有的效率和性能。

这一发现为集成电子产品提供了一种新颖的解决方案，也为多功能计算硬件的新时代打开了大门。

Bae表示，凭借其核心的终极并行性，这项技术可以极大地扩展人工智能系统的能力，使它们能够以闪电般的速度和卓越的精度处理复杂的任务。

Bae表示:“单片3D集成有可能通过开发更紧凑、更强大、更节能的设备来重塑整个电子和计算行业。”

“原子薄的2D材料是理想的选择，我和我的合作者将继续改进这种材料，直到我们最终可以在单个芯片上集成所有功能层。”

Bae表示，这些设备也更灵活，功能更强，适用于更多的应用。

“从自动驾驶汽车到医疗诊断和数据中心，这种单片3D集成技术的应用可能是无限的，”他说。“例如，传感器内计算将传感器和计算机功能结合在一个设备中，而不是传感器获取信息然后将数据传输到计算机。这使我们能够获得信号并直接计算数据，从而实现更快的处理速度、更少的能耗和更高的安全性，因为数据不需要传输。”

作者：圣路易斯的华盛顿大学

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2023/11/231130145423.htm

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