دانشمندان دانشگاه کمبریج نمونهای جدید از ممریستور (مموری رزیستور) مبتنی بر اکسید هافنیوم ارائه کردهاند که به گفته آنان میتواند مصرف انرژی سامانههای هوش مصنوعی را بهطور چشمگیری کاهش دهد.
به گزارش tom’s HARDWARE، گروه تحقیقاتی به سرپرستی دکتر Babak Bakhit از دپارتمان علم مواد و متالورژی کمبریج، یک لایه نازک چندجزئی مهندسی کردهاند که یک پیوند داخلی p-n ایجاد میکند و به ممریستور امکان میدهد با جریانهایی کمتر از ۱۰ نانوآمپر و در عین حال با صدها سطح رسانایی مختلف، بهصورت یکنواخت بین حالتها جابهجا شود.
ممریستورها ابزارهای دوترمینالهای هستند که میتوانند ذخیرهسازی و پردازش داده را در یک نقطه انجام دهند؛ قابلیتی که نیاز به انتقال انرژیبر داده بین حافظه و پردازنده در معماریهای رایج کامپیوتر را از میان برمیدارد. بر اساس این مقاله، سامانههای نورومورفیک مبتنی بر ممریستور میتوانند مصرف انرژی محاسباتی را بیش از ۷۰ درصد کاهش دهند.
بیشتر ممریستورهای مبتنی بر HfO2 موجود، از سازوکاری موسوم به سوئیچینگ مقاومتی فیلامنتی استفاده میکنند. روشی که در آن رشتههای رسانا درون ماده رشد میکنند یا از بین میروند. این فرایند ماهیتی تصادفی دارد و یکنواختی دستگاهها را از چرخهای به چرخه دیگر مختل کرده و دقت محاسبات را کاهش میدهد.
رویکرد متفاوت: افزودن استرانسیوم و تیتانیوم
تیم کمبریج روشی جایگزین به کار گرفت. آنان با افزودن استرانسیوم و تیتانیوم به اکسید هافنیوم و انجام فرایند رسوبدهی در دو مرحله، لایهای p-type از Hf(Sr,Ti)O2 ایجاد کردند که بهطور خودبهخود یک پیوند ناهمگون p-n با لایه زیرین تیتانیوماکسینیترید n-type تشکیل میدهد.
در این ساختار، بجای ایجاد یا تخریب رشتههای رسانا، تغییرات مقاومتی از طریق جابهجایی ارتفاع مانع انرژی در مرز دو لایه ایجاد میشود.
دکتر Bakhit در بیانیهای در این رابطه توضیح داد:
دستگاههای فیلامنتی رفتار تصادفی دارند؛ اما دستگاههای ما به دلیل سوئیچکردن در ناحیه مرزی، از یکنواختی فوقالعادهای در چرخههای مختلف و میان دستگاههای متفاوت برخوردارند.
این ممریستورها توانستند در جریانهایی برابر یا کمتر از 10-8 آمپر عمل کنند، بیش از ۱۰⁵ ثانیه پایداری حفظ داده نشان دهند و بیش از ۵۰ هزار چرخه سوئیچینگ پالسی را تحمل کنند. همچنین با استفاده از پالسهایی به ولتاژ ۱ ولت که به سیگنالهای عصبی زیستی شباهت دارند، دستگاهها دامنهای بیش از ۵۰ برابر در تغییر رسانایی ایجاد کردند و صدها سطح مجزا بدون اشباعشدن ارائه دادند.
انرژی لازم برای هر بروزرسانی سیناپسی بین حدود ۲.۵ پیکوژول تا ۴۵ فمتوژول متغیر بود. این دستگاهها همچنین توانستند پدیده پلاستیسیته وابسته به زمان اسپایک را بازتولید کرده و عملکرد پایدار سیناپسی را در حدود ۴۰ هزار پالس الکترونیکی حفظ کنند.
چالش مهمی که هنوز باقی مانده
فرایند فعلی ساخت به دمایی حدود ۷۰۰ درجه سانتیگراد نیاز دارد؛ دمایی که بالاتر از محدوده قابلاجرا در استاندارد تولید CMOS است.
دکتر بخیط میگوید: «این در حال حاضر چالش اصلی در فرآیند ساخت دستگاه است، اما در تلاشیم دما را کاهش دهیم تا با فرایندهای صنعتی رایج سازگارتر شود».
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت