Modalità di riconfigurabilità in una porta inverter analogica. una topologia di inverter analogici con Memristor. b Modifica degli stati resistivi dei memristori RUP, RDN nell'inverter in modo da mantenere costante la loro somma (lungo la linea blu) o il rapporto (lungo la linea rossa) offre flessibilità nel controllo delle caratteristiche di trasferimento dell'inverter. La modalità a somma costante consente il controllo indipendente dell'altezza del plateau della caratteristica di trasferimento, mentre la modalità del rapporto costante consente il controllo indipendente della larghezza del plateau (vedi Fig. 4 supplementare). Le croci colorate corrispondono al RUP, Configurazioni RDN utilizzate nei risultati di c (vedere la tabella supplementare 2 per i dettagli). c Quattro esempi misurati delle caratteristiche di trasferimento dell'inverter analogico corrispondenti ai casi in cui RUP e RDN sono entrambi alti (HH), alto e basso (HL), basso e alto (LH) ed entrambi bassi (LL), rispettivamente. La tensione di ingresso misurata durante la prova HH è mostrata in verde come Vin (simile per tutte le prove). Notare la modulazione indipendente dell'ampiezza e dell'altitudine del plateau mediante la somma e il rapporto tra RUP, RDN. Credito: Comunicazioni sulla natura (2018). DOI:10.1038/s41467-018-04624-8
Un team dell'Università di Southampton ha inventato un nuovo modo di progettare sistemi elettronici che incorpora il meglio dei paradigmi sia analogici che digitali.
L'approccio combina la potenza di calcolo dell'analogico con i vantaggi energetici delle tecnologie digitali. Questo nuovo modello altera l'attuale modo di pensare ed è destinato a dare forma alla prossima generazione di elettronica.
Lo studio, intitolato "Computing riconfigurabile analogico-digitale fuso senza soluzione di continuità utilizzando memristors, " è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura . Ha rivelato come la fusione del pensiero analogico e digitale può essere ottenuta combinando l'elettronica digitale standard, come si trova oggi in ogni computer e telefono cellulare, con la tecnologia emergente rapidamente dei dispositivi analogici memristor.
Questa potente combinazione è un importante trampolino di lancio verso la prossima generazione di bassissima potenza, elevata durata della batteria ed elettronica adattabile.
Dott. Alexantrou serbo, autore principale dell'articolo dell'Università di Southampton, ha dichiarato:"Negli ultimi cinque decenni abbiamo elaborato segnali digitali e li abbiamo calcolati utilizzando tecniche digitali, che ci ha portato molto lontano.
"Però, se vogliamo veramente calcolare ai limiti dell'efficienza energetica, che le leggi della fisica consentono, sembrerebbe imperativo che dobbiamo passare a tecniche di calcolo analogiche pur essendo molto più esperti su come mescolare segnali analogici e digitali per ottenere il massimo effetto".
Questo lavoro si basa sui precedenti sviluppi delle tecnologie memristive intraprese presso l'Università di Southampton. Ciò ha incluso la dimostrazione di una nuova tecnologia memristor in grado di contenere quantità senza precedenti di dati per dispositivo, quasi quattro volte più di quanto riportato in precedenza.
Professore Themis Prodromakis, Capo del gruppo di ricerca sui materiali e dispositivi elettronici presso lo Zepler Institute di Southampton, ha dichiarato:"I Memristors hanno riscosso molto interesse come tecnologia di memoria di nuova generazione essendo più piccoli, più efficiente dal punto di vista energetico e tuttavia in grado di supportare più stati di memoria rispetto alle tecnologie esistenti che vengono utilizzate abitualmente nei nostri smartphone e computer.
"Il nostro gruppo ha lavorato instancabilmente in quella direzione con il supporto di EPSRC, contribuendo a dimostrare tecnologie più mature e affidabili e migliorando le loro prestazioni.
"Noi presto, però, si sono resi conto che c'è molto di più da guadagnare impiegando questa tecnologia oltre alle sue ovvie applicazioni di memoria e hanno precedentemente dimostrato come i memristori possono essere usati per emulare l'apprendimento biologico".
La capacità di imballare grandi quantità di memoria a basso costo è un trampolino di lancio fondamentale verso una nuova generazione di elettronica. Tradizionalmente, l'elaborazione dei dati nell'elettronica si è basata su circuiti integrati (chip) dotati di un vasto numero di transistor, interruttori microscopici che controllano il flusso di corrente elettrica accendendolo o spegnendolo.
In questo concetto basato su switch, la memoria è una risorsa costosa utilizzata con la massima parsimonia possibile. Fino ad ora, i miglioramenti delle prestazioni sono stati ottenuti riducendo le dimensioni dei transistor e inserendone di più in ciascun microchip. Però, con i transistor che ora raggiungono i loro limiti di scala fisica, ulteriori miglioramenti che utilizzano le vecchie tecniche stanno diventando sempre più impegnativi.
Un impatto diretto di questa ricerca sulle moderne tecnologie potrebbe essere la creazione di hardware di intelligenza artificiale (AI) ultra efficiente. L'intelligenza artificiale per natura si presta all'implementazione analogica del calcolo molto più prontamente rispetto alle attuali tecniche digitali utilizzate nei nostri smartphone e nel cloud.
I risparmi energetici previsti e i miglioramenti delle prestazioni derivanti dall'utilizzo di memristor, microchip analogici suggeriscono che questa ricerca potrebbe un giorno portare a un hardware che mostra una vera intelligenza senza l'aiuto di un supercomputer nel cloud, eppure sta nel palmo di una mano.
La conseguente proliferazione di agenti intelligenti è in grado di sconvolgere ogni livello dell'attività sociale ed economica e di cambiare radicalmente l'ambiente quotidiano con cui interagiamo.
