Çin yarı iletken laboratuvarına girmek neredeyse imkansızdır, ancak Çinli bilim insanları çalışmalarının sonuçlarını paylaşmaya meyillidir. Bu nedenle, meslektaşlarımız TeknolojiXplore Pekin Üniversitesi’ndeki araştırmacıların, karbon nanotüp transistörleri kullanan sektörün ilk tensör işleme birimini (TPU) geliştirdiğini iddia ettikleri bir makale bulundu.
Ne elde edildiğine geçmeden önce, karbon nanotüp transistörleri ve neden önemli oldukları hakkında biraz konuşalım. Karbon nanotüp (CNT) transistörleri, esasen hemen hemen her şeye uygulanabilen ve performans ve güç üzerinde gelişmiş kontrol ve azaltılmış kaçak akımlar gibi bir GAA transistöründen beklenen her şeye sahip olan, her yönüyle kapılı (GAA) alan etkili transistörlerdir (GAA FET’ler). Samsung, bir süredir 3nm sınıfı işlem teknolojileriyle GAAFET’leri kullanıyor, ancak şimdiye kadar bu üretim düğümü oldukça basit kripto para madenciliği yongaları için kullanıldı. Intel, 20A düğümünde üretilen CPU’lar için GAA FET’leri kullanırken, TSMC, 2025’in ikinci yarısında seri üretime girecek olan N2 işlem teknolojisiyle GAA transistörlerini benimseyecek.
Pekin Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, CNT’ler veya GAAFET’leri içeren bu işlem teknolojisini kullanarak, bu tip transistörleri içeren dünyanın ilk tensör işleme birimi olan küçük bir TPU ürettiler.
Nature tarafından yayımlanan makalenin açıklamasında, “3.000 karbon nanotüp alan etkili transistöre dayanan ve enerji açısından verimli evrişim işlemleri ve matris çarpımı gerçekleştirebilen bir tensör işleme birimi (TPU) bildiriyoruz” ifadesi yer alıyor. “TPU, paralel 2 bitlik tam sayı çarpma-biriktirme işlemlerine izin veren bir sistolik dizi mimarisiyle oluşturulmuştur.”
Bu TPU’yu kullanan beş katmanlı bir evrişimli sinir ağı, yalnızca 295 µW güç tüketirken MNIST görüntü tanımada %88’e kadar doğruluk elde edebilir. Bu, %99,9999’luk bir yarı iletken saflığı ve ultra temiz yüzeyler sağlayan optimize edilmiş bir nanotüp üretim süreciyle mümkün olur ve bu da yüksek akım yoğunluklarına ve tutarlı performansa sahip transistörlerle sonuçlanır. Sistem düzeyindeki simülasyonlar, 180 nm teknoloji düğümünde nanotüp transistörlerle inşa edilen 8 bitlik bir TPU’nun 850 MHz’lik bir ana frekansta çalışabileceğini ve watt başına saniyede 1 tera-işlem enerji verimliliğine ulaşabileceğini göstermektedir.
Araştırmacılar TPU’nun performansının daha da iyileştirilebileceğine inanıyor. GAA FET’lerin hizalanmasının ince ayarlanması, transistörlerin boyutunun küçültülmesi ve işlem biriminin bit kapasitesinin artırılmasıyla, çipin verimliliğinin ve hesaplama gücünün daha da artırılabileceği düşünülüyor. TPU’yu tamamlayıcı metal oksit yarı iletken (CMOS) mantığıyla entegre etmek, potansiyel iyileştirme için başka bir yoldur.
180 nm sınıfı bir işlem teknolojisi kullanılarak uygulanan GAA FET’lerden bahsettiğimizi aklımızda tutarak, bu TPU’nun pratik uygulanabilirliği en hafif tabirle düşüktür. Ancak, çalışan bir TPU devresi kullanarak, araştırmacılar artık Çin yarı iletken kapasitesinin daha da geliştirilmesi için son derece önemli olan işlem teknolojisini geliştirebilirler.