Forskere udvikler hjerne-inspireret hukommelsesmateriale

Vores hjerne fungerer ikke som en typisk computerhukommelse, der kun gemmer etaller og nuller:takket være en meget større variation i hukommelsestilstande, den kan beregne hurtigere ved at bruge mindre energi. Forskere fra MESA+ Institute for Nanotechnology ved University of Twente (Holland) udviklede nu et ferroelektrisk materiale med en hukommelsesfunktion, der ligner synapser og neuroner i hjernen, resulterer i en multistate hukommelse. De offentliggør deres resultater i denne uges Avancerede funktionelle materialer .

Materialet, der kunne være den grundlæggende byggesten for 'hjerne-inspireret computing', er bly-zirconium-titanat (PZT):en sandwich af materialer med flere attraktive egenskaber. En af dem er, at den er ferroelektrisk:du kan skifte den til en ønsket tilstand, denne tilstand forbliver stabil, efter at det elektriske felt er væk. Dette kaldes polarisering:det fører til en hurtig hukommelsesfunktion, der er ikke-flygtig. Kombineret med processorchips, en computer kunne designes, der starter meget hurtigere, for eksempel. UT-forskerne tilføjede nu et tyndt lag zinkoxid til PZT, 25 nanometer tykkelse. De opdagede, at skift fra en tilstand til en anden ikke kun sker fra 'nul' til 'én' omvendt. Det er muligt at kontrollere mindre områder i krystallen:vil de blive polariseret ('flip') eller ej?

Multi-state

Ved at bruge variable skrivetider i de mindre områder, resultatet er, at mange tilstande kan gemmes hvor som helst mellem nul og én. Dette ligner den måde, synapser og neuroner 'vejer' signaler på i vores hjerne. Multistate minder, koblet til transistorer, kunne drastisk forbedre hastigheden af ​​mønstergenkendelse, for eksempel:vores hjerne udfører denne slags opgaver og forbruger kun en brøkdel af den energi, et computersystem har brug for. Ser man på graferne, skrivetiderne virker ret lange sammenlignet med nutidens processorhastigheder, men det er muligt at skabe mange minder parallelt. Hjernens funktion er allerede blevet efterlignet i software som neurale netværk, men i så fald er konventionel digital hardware stadig en begrænsning. Det nye materiale er et første skridt mod elektronisk hardware med en hjernelignende hukommelse. At finde løsninger til at kombinere PZT med halvledere, eller endda udvikle nye slags halvledere til dette, er et af de næste skridt.

Denne forskning er blevet udført inden for Uorganisk Materials Science-gruppen, fra UT's MESA+ Institute for Nanotechnology. Inden for denne gruppe, også andre attraktive egenskaber ved PZT er blevet fundet, ligesom piezo-elektrisk adfærd:materialet kan udvides ved hjælp af en elektrisk spænding, at trykke på den kan også generere en spænding, på tur.