使用新型“忆阻器”使物联网成为可能

物联网即将到来,我们知道的很多。但它仍然不会;直到我们拥有可以处理物联网随附数据爆炸的组件和芯片。到2020年,我们周围已经有500亿个工业互联网传感器。单个自主设备 - 智能手表,清洁机器人或无人驾驶汽车 - 每天可以产生数十亿字节的数据,而空中客车可能仅在一个机翼中就有超过10,000个传感器。

需要克服两个障碍。首先,计算机芯片中的当前晶体管必须小型化到仅几纳米的尺寸;问题是它们不再适用了。其次,分析和存储前所未有的数据量将需要同样巨大的能量。阿尔托大学学院院士萨亚尼·马祖达尔(Sayani Majumdar)和她的同事正在设计解决这两个问题的技术。

Majumdar与她的同事一起设计和制造了未来组件的基本构件,这些组件在人类大脑启发的所谓“神经形态”计算机中。这是一个研究领域,世界上最大的ICT公司和欧盟都在大力投资。尽管如此,还没有人能够提出可以扩展到工业制造和使用的纳米级硬件架构。

“神经形态计算的技术和设计比其竞争对手的革命量子计算更快地发展。学术界和公司研发部门已经广泛猜测如何在智能手机,平板电脑和笔记本电脑的硬件中记录重型计算能力。关键是要实现生物大脑的极端能量效率,并模仿神经网络通过电脉冲处理信息的方式,“Majumdar解释道。

像大脑一样工作的计算机的基本组件

在他们最近的高级功能材料文章中,Majumdar和她的团队展示了他们如何制造出一种新型的“铁电隧道结”,即夹在两个电极之间的几纳米厚的铁电薄膜。它们具有超越现有技术的能力,并且对于节能和稳定的神经形态计算来说是个好兆头。

这些结可以在低于5伏的低电压下工作,并且可以使用各种电极材料 - 包括我们大多数电子产品中用于芯片的硅。它们还可以在没有电源的情况下保留数据超过10年,并且可以在正常条件下制造。

到目前为止,隧道结主要由金属氧化物制成,并且需要700摄氏度的温度和高真空来制造。铁电材料还含有铅,这使得它们 - 以及我们所有的计算机 - 都对环境造成严重危害。

“我们的连接点由有机碳氢化合物材料制成,它们可以减少电子产品中有毒重金属废物的数量。我们还可以在室温下每天制造数千个连接点,而不会受到空气中的水或氧气的影响, “Majumdar解释道。

使铁电薄膜组件对神经形态计算机有用的原因是它们不仅可以在二进制状态(0和1)之间切换,还可以在大量中间状态之间切换。这使他们能够“记住”与大脑不同的信息:长时间存储微量能量并保留他们收到的信息 - 即使在关闭和重新开启之后。

我们不再谈论晶体管,而是“忆阻器”。它们非常适合类似于生物大脑的计算。以火星2020罗孚为例,即绘制另一颗行星的构图。为了让Rover仅使用一个太阳能电池板作为能源来自行处理和处理数据,其中的无监督算法将需要在硬件中使用人工大脑。

“我们现在正在努力的是将数百万个隧道结存储器整合到一平方厘米区域的网络中。我们可以期望在如此小的空间内包含这么多空间,因为我们现在已经达到了创纪录的差异。结点中的开启和关闭状态之间的电流提供功能稳定性。忆阻器可以执行复杂的任务,如图像和模式识别,并自主做出决策,“Majumdar说。