Luigi Piper, professore associato di fisica e direttore di scienza e ingegneria dei materiali alla Binghamton University. Credito:Università di Binghamton, Università statale di New York
I computer in futuro potrebbero essere più efficienti dal punto di vista energetico, grazie a una nuova ricerca della Binghamton University, Università statale di New York.
Dispositivi come i droni dipendono da un segnale WiFi costante:se il WiFi si interrompe, il drone si schianta. Luigi Piper, professore associato di fisica e direttore di scienza e ingegneria dei materiali alla Binghamton University, vuole rendere i computer più efficienti dal punto di vista energetico, quindi cose come i droni potrebbero rispondere al loro ambiente senza preoccuparsi di un segnale WiFi che lo colleghi a un computer più grande.
"Potresti mettere 5G e 6G ovunque e presumere di avere sempre una connessione Internet affidabile, oppure potresti risolvere il problema con l'elaborazione hardware, che è quello che stiamo facendo, " ha detto Piper. "L'idea è che vogliamo avere questi chip che possono fare tutto il funzionamento nel chip, piuttosto che messaggi avanti e indietro con una sorta di server di grandi dimensioni. Dovrebbe essere più efficiente in questo modo".
Gli scienziati hanno sviluppato circuiti "neuristori" che si comportano in modo simile ai neuroni biologici nel cervello umano, che può eseguire calcoli complessi utilizzando una quantità di energia incredibilmente piccola. Più recentemente, un componente vitale di questo circuito neuristore è stato creato utilizzando biossido di niobio (NbO 2 ), che replica il comportamento di commutazione osservato nei canali ionici all'interno dei neuroni biologici. Questi NbO 2 i dispositivi sono creati applicando una grande tensione attraverso un pentossido di niobio non conduttivo (Nb 2 oh 5 ) pellicola, provocando la formazione di NbO . conduttivo 2 filamenti responsabili dell'importante comportamento di commutazione. Sfortunatamente, questo processo di post-fabbricazione ad alta tensione e dispendioso in termini di tempo rende quasi impossibile creare i circuiti densi necessari per i processori di computer complessi. Inoltre, questi NbO 2 i dispositivi richiedono un condensatore aggiuntivo per funzionare correttamente all'interno del circuito del neuristore, rendendoli più complessi e ingombranti da implementare.
"Uno dei problemi principali che abbiamo nel provare a realizzare questi sistemi è il fatto che devi eseguire questa fase di elettroformatura, " disse Piper. "Come con il mostro di Frankenstein, fondamentalmente immetti una grande quantità di elettricità attraverso il materiale, e all'improvviso diventa un elemento attivo. Non è molto affidabile per una fase di ingegneria con la fabbricazione. Non è così che facciamo le cose con i transistor al silicio. Ci piace farli tutti e poi funzionano subito." In questo studio, I ricercatori della Georgia Tech hanno creato Nb 2 oh 5 dispositivi basati su x che riproducono un comportamento simile dell'NbO . combinato 2 /condensatore senza la necessità del bullone di energia aggiuntivo. I ricercatori di Binghamton hanno verificato il meccanismo che veniva proposto. Questa constatazione, disse Piper, potrebbe portare a costi più bassi, energia efficiente, e circuiti di neuristori ad alta densità rispetto a quanto precedentemente possibile, accelerando la strada verso un'elaborazione più efficiente e adattabile dal punto di vista energetico.
"Vogliamo avere materiali che di per sé hanno una sorta di operazione di commutazione, che possiamo quindi utilizzare alle stesse dimensioni in cui incontriamo la fine con il silicio. La capacità di scalare e la capacità di rimuovere una sorta di alchimia per quanto riguarda questo processo di elettroformatura lo rende davvero più in linea con il modo in cui facciamo oggi la lavorazione dei semiconduttori; questo lo rende più affidabile. Puoi costruire un neuristore con questo, e poiché non hai bisogno dell'elettroformatura, è più affidabile e su cui puoi costruire un'industria."
Ora che hanno verificato i modelli, Piper e il suo team vogliono scoprire cosa sta succedendo nel dispositivo reale mentre è in funzione.
"Il vero sforzo di Binghamton è stato quello di cercare di modellare, da un punto di vista atomico, la natura di questi stati, come nascono dalla fisica e dalla chimica, e inoltre invece di limitarsi a guardare i materiali inerti e quindi correlarli con le prestazioni del dispositivo, possiamo effettivamente vedere come si evolvono questi stati mentre utilizziamo il dispositivo?" ha detto Piper.
La carta, "Memdiodi scalabili che esibiscono rettifica e isteresi per l'informatica neuromorfa, " è stato pubblicato in Rapporti scientifici .
