Ny forskning kan føre til mere energieffektiv databehandling

Computere i fremtiden kunne være mere energieffektive, takket være ny forskning fra Binghamton University, State University i New York.

Enheder som droner afhænger af et konstant WiFi-signal - hvis WiFi stopper, dronen styrter ned. Louis Piper, lektor i fysik og direktør for materialevidenskab og teknik ved Binghamton University, ønsker at lave mere energieffektive computere, så ting som droner kunne reagere på deres miljø uden at bekymre sig om et WiFi-signal, der forbinder det med en større computermaskine.

"Du kunne sætte 5G og 6G overalt og antage, at du har en pålidelig internetforbindelse hele tiden, eller du kan løse problemet med hardwarebehandling, det er det vi laver, " sagde Piper. "Ideen er, at vi ønsker at have disse chips, der kan udføre alle funktionerne i chippen, frem for beskeder frem og tilbage med en slags stor server. Det burde være mere effektivt på den måde."

Forskere har udviklet "neuristor"-kredsløb, der opfører sig på samme måde som biologiske neuroner i den menneskelige hjerne, som kan udføre komplekse beregninger ved at bruge en utrolig lille mængde strøm. For nylig, en vital komponent i dette neuristorkredsløb blev skabt ved hjælp af niobiumdioxid (NbO ₂ ), som replikerer omskiftningsadfærden observeret i ionkanaler i biologiske neuroner. Disse NbO ₂ enheder er skabt ved at påføre en stor spænding over et ikke-ledende niobiumpentoxid (Nb ₂ O ₅ ) film, forårsager dannelsen af ​​ledende NbO ₂ filamenter, som er ansvarlige for den vigtige omskiftningsadfærd. Desværre, denne højspændings- og tidskrævende efterfremstillingsproces gør det næsten umuligt at skabe de tætte kredsløb, der er nødvendige for komplekse computerprocessorer. Ud over, disse NbO ₂ enheder kræver en ekstra ledsagende kondensator for at fungere korrekt i neuristorkredsløbet, gør dem mere komplekse og uhåndterlige at implementere.

"Et af de største problemer, vi har med at forsøge at lave disse systemer, er det faktum, at du skal udføre dette elektroformningstrin, " sagde Piper. "Som med Frankensteins monster, du dybest set pulserer en stor mængde elektricitet gennem materialet, og pludselig bliver det et aktivt element. Det er ikke særlig pålideligt for et ingeniørtrin med fremstilling. Det er ikke sådan, vi gør tingene med siliciumtransistorer. Vi kan godt lide at fab dem alle, og så virker de med det samme." I denne undersøgelse, Georgia Tech-forskere skabte Nb ₂ O ₅ x-baserede enheder, der gengiver lignende adfærd af det kombinerede NbO ₂ /kondensatorpar uden behov for den ekstra bolt af energi. Binghamton-forskere bekræftede den mekanisme, der blev foreslået. Dette fund, sagde Piper, kunne føre til billigere, energieffektiv, og højdensitetsneuristorkredsløb end tidligere muligt, fremskynde vejen til mere energieffektiv og tilpasningsdygtig databehandling.

"Vi ønsker at have materialer, der i sagens natur har en form for koblingsfunktion selv, som vi så kan bruge i de samme dimensioner, hvor vi møder enden med silicium. Evnen til at skalere og evnen til at fjerne en form for alkymi med hensyn til denne elektroformningsproces gør den virkelig mere i tråd med, hvordan vi laver halvledende behandling i dag; dette gør den mere pålidelig. Du kan bygge en neuristor ud af dette, og fordi du ikke har brug for elektroformningen, det er mere pålideligt, og hvad du kan bygge en industri på."

Nu hvor de har verificeret modellerne, Piper og hans team ønsker at finde ud af, hvad der foregår i selve enheden, mens den kører.

"Den virkelige indsats hos Binghamton har været at forsøge at modellere, fra et atomsynspunkt, arten af ​​disse stater, hvordan de opstår fra fysik og kemi, og også i stedet for bare at se på de inaktive materialer og derefter korrelere det med enhedens ydeevne, kan vi rent faktisk se, hvordan disse tilstande udvikler sig, mens vi betjener enheden?" sagde Piper.

Papiret, "Skalerbare memdioder, der udviser ensretning og hysterese til neuromorfisk databehandling, " blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter .