Bộ nhớ tiếp hợp ion tốc độ cao: Mô phỏng khớp thần kinh não trong máy tính bằng vật liệu 2D

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Hoàng gia KTH và Đại học Stanford đã chế tạo một loại vật liệu cho các thành phần máy tính cho phép khả năng tồn tại thương mại của máy tính mô phỏng não người.

Các thành phần bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện hóa (ECRAM) được làm bằng titan cacbua 2D cho thấy tiềm năng vượt trội để bổ sung cho công nghệ bóng bán dẫn cổ điển và góp phần thương mại hóa các máy tính mạnh mẽ được mô phỏng theo mạng nơ-ron của não. Những máy tính đa hình dạng thần kinh như vậy có thể tiết kiệm năng lượng hơn hàng nghìn lần so với các máy tính ngày nay.

Phó giáo sư Max Hamedi của KTH cho biết những tiến bộ này trong tính toán có thể thực hiện được do một số khác biệt cơ bản so với kiến trúc máy tính cổ điển đang được sử dụng ngày nay và ECRAM, một thành phần hoạt động như một loại tế bào tiếp hợp trong mạng nơ-ron nhân tạo.

“Thay vì các bóng bán dẫn bật hoặc tắt và nhu cầu thông tin được truyền qua lại giữa bộ xử lý và bộ nhớ — những máy tính mới này dựa vào các thành phần có thể có nhiều trạng thái và thực hiện tính toán trong bộ nhớ,” Hamedi nói .

Các nhà khoa học tại KTH và Stanford đã tập trung vào việc thử nghiệm các vật liệu tốt hơn để xây dựng ECRAM, một thành phần trong đó quá trình chuyển đổi xảy ra bằng cách chèn các ion vào một kênh oxy hóa, theo nghĩa tương tự như não của chúng ta cũng hoạt động với các ion. Điều cần thiết để làm cho những con chip này trở nên khả thi về mặt thương mại là những vật liệu khắc phục được động học chậm của các oxit kim loại và tính ổn định nhiệt độ kém của chất dẻo.

Vật liệu quan trọng trong đơn vị ECRAM mà các nhà nghiên cứu chế tạo được gọi là MXene – một hợp chất hai chiều (2D), dày chỉ vài nguyên tử, bao gồm titan cacbua (Ti3C2Tx). Theo Hamedi, MXene kết hợp tốc độ cao của hóa học hữu cơ với khả năng tương thích tích hợp của các vật liệu vô cơ trong một thiết bị hoạt động theo mối quan hệ của điện hóa và điện tử.

Đồng tác giả, Giáo sư Alberto Salleo tại Đại học Stanford, nói rằng các ECRAM của MXene kết hợp các chỉ số đo tốc độ, độ tuyến tính, tiếng ồn ghi, năng lượng chuyển đổi và độ bền cần thiết cho việc tăng tốc song song của mạng nơ-ron nhân tạo.

“MXenes là một họ vật liệu thú vị cho ứng dụng cụ thể này vì chúng kết hợp sự ổn định nhiệt độ cần thiết để tích hợp với các thiết bị điện tử thông thường với sự sẵn có của một không gian sáng tạo rộng lớn để tối ưu hóa hiệu suất, Salleo nói”

Trong khi có nhiều rào cản khác cần vượt qua trước khi người tiêu dùng có thể mua máy tính đa hình thần kinh của riêng họ, Hamedi cho biết các máy tính 2D ECRAM đại diện cho một bước đột phá ít nhất là trong lĩnh vực vật liệu thần kinh, có khả năng dẫn đến trí tuệ nhân tạo có thể thích ứng với đầu vào và sắc thái khó hiểu. bộ não làm với mức tiêu thụ năng lượng nhỏ hơn hàng nghìn lần. Điều này cũng có thể cho phép các thiết bị di động có khả năng thực hiện các tác vụ điện toán nặng hơn nhiều mà không cần phải dựa vào đám mây.

Tham khảo: “Bộ nhớ đồng hợp ion tốc độ cao dựa trên 2D Titanium Carbide MXene” của Armantas Melianas, Min-A Kang, Armin VahidMohammadi, Tyler James Quill, Weiqian Tian, Yury Gogotsi, Alberto Salleo và Mahiar Max Hamedi, 21 tháng 11 năm 2021, Nâng cao Vật liệu chức năng .
DOI: 10.1002 / adfm.202109970

Theo Scitechdaily