Forskere udvikler en ny måde at designe elektronik på

Et team fra University of Southampton har opfundet en ny måde at designe elektroniske systemer på, der inkorporerer det bedste fra både analoge og digitale paradigmer.

Tilgangen kombinerer den analoge regnekraft med de energimæssige fordele ved digitale teknologier. Denne nye model ændrer den nuværende måde at tænke på og er bestemt til at forme den næste generation af elektronik.

Studiet, med titlen "Sømløst fusioneret digital-analog rekonfigurerbar computer ved hjælp af memristorer, " blev offentliggjort i Naturkommunikation . Den afslørede, hvordan sammensmeltningen af ​​analog og digital tænkning kan opnås ved at kombinere standard digital elektronik – som findes i enhver computer og mobiltelefon i dag – med den hastigt fremvoksende teknologi af analoge memristor-enheder.

Denne kraftfulde kombination er et vigtigt skridt på vejen mod den næste generation af ultra-lav effekt, høj batterilevetid og tilpasningsdygtig elektronik.

Dr. Alexantrou serber, hovedforfatter af papiret fra University of Southampton, sagde:"I løbet af de sidste fem årtier har vi behandlet digitale signaler og har beregnet ved hjælp af digitale teknikker, hvilket har bragt os meget langt.

"Imidlertid, hvis vi virkelig skal regne ved grænserne for energieffektivitet, som fysikkens love tillader, Det ser ud til at være bydende nødvendigt, at vi er nødt til at bevæge os i retning af analoge beregningsteknikker, mens vi er meget klogere på, hvordan man blander analoge og digitale signaler for maksimal effekt."

Dette arbejde bygger på tidligere udviklinger af memristive teknologier udført ved University of Southampton. Dette omfattede demonstrationen af ​​en ny memristor-teknologi, der kan pakke hidtil usete mængder af data pr. enhed, næsten fire gange mere end tidligere rapporteret.

Professor Themis Prodromakis, Leder af Electronic Materials and Devices Research Group ved Southamptons Zepler Institute, sagde:"Memristorer har samlet en masse interesse som en næste generations hukommelsesteknologi ved at være mindre, mere strømeffektiv og alligevel i stand til at understøtte flere hukommelsestilstande sammenlignet med eksisterende teknologier, der rutinemæssigt bruges i vores smartphones og computere.

"Vores gruppe har arbejdet utrætteligt i den retning med støtte fra EPSRC, bidrage til at demonstrere mere modne og pålidelige teknologier og forbedre deres ydeevne.

"Vi snart, imidlertid, indså, at der er meget mere at tjene ved at anvende denne teknologi ud over dens åbenlyse hukommelsesapplikationer og har tidligere demonstreret, hvordan memristorer kan bruges til at efterligne biologisk læring."

Evnen til at pakke store mængder hukommelse billigt er et vigtigt skridt på vejen mod en ny race af elektronik. Traditionelt, behandlingen af ​​data i elektronik har været afhængig af integrerede kredsløb (chips) med et stort antal transistorer – mikroskopiske kontakter, der styrer strømmen af ​​elektrisk strøm ved at tænde eller slukke for den.

I dette switch-baserede koncept, Hukommelse er en dyr ressource, der bruges så sparsomt som muligt. Indtil nu, ydeevneforbedringer blev opnået ved at reducere størrelsen af ​​transistorer og pakke flere af dem i hver mikrochip. Imidlertid, med transistorer, der nu når deres fysiske skaleringsgrænser, yderligere forbedringer ved hjælp af de gamle teknikker bliver stadig mere udfordrende.

En direkte indvirkning af denne forskning på moderne teknologier kunne være skabelsen af ​​ultraeffektiv kunstig intelligens (AI) hardware. AI af natur egner sig til analog implementering af beregninger meget lettere end til de nuværende digitalt baserede teknikker, der bruges i vores smartphones og skyen.

De forventede strømbesparelser og ydelsesgevinster ved at bruge memristor-baserede, analoge mikrochips tyder på, at denne forskning en dag kan føre til hardware, der udviser ægte intelligens uden hjælp fra en supercomputer i skyen, og alligevel passer i ens håndflade.

Den resulterende spredning af intelligente agenter er i stand til at forstyrre alle niveauer af social og økonomisk aktivitet og fundamentalt ændre det daglige miljø, som vi interagerer med.