Аналоговый и цифровой: лучший из обоих миров в одной энергоэффективной системе

Благодаря бесшовной интеграции ультратонких двухмерных полупроводников с сегнетоэлектрическими материалами, исследования, опубликованные в природе электроники, представляют новый способ повышения энергоэффективности и добавления новых функциональных возможностей в вычислениях.Новая конфигурация объединяет традиционную цифровую логику с аналоговыми операциями, подобными мозгу.Кредит: EPFL

Мы живем в аналоговом мире непрерывного потока информации, который одновременно обрабатывается и хранится нашим мозгом, но наши устройства обрабатывают информацию в цифровом виде в форме дискретного двоичного кода, разбивая информацию на маленькие биты (или укусы).

Исследователи в EPFL выявили новаторскую технологию, которая сочетает в себе потенциал непрерывной аналоговой обработки с точностью цифровых устройств.Благодаря бесшовной интеграции ультратонких двухмерных полупроводников с сегнетоэлектрическими материалами, исследования, опубликованные в природе электроники, представляют новый способ повышения энергоэффективности и добавления новых функциональных возможностей в вычислениях.Новая конфигурация объединяет традиционную цифровую логику с аналоговыми операциями, подобными мозгу.

Инновации из лаборатории наноэлектронических устройств (NanoLab) в сотрудничестве с лабораторией микросистем, вращающихся вокруг уникальной комбинации материалов, ведущих к функциям, вдохновленным мозгом и передовыми электронными переключателями, включая выдающуюся негативную конденсацию туннельного транзистора (TFET).

В мире электроники транзистор или «переключатель» можно сравнить с выключателем света, определяя, текут ток (ON) или нет (выключен).Это знаменитые 1 и 0 с бинарным компьютерным языком, и это простое действие включения и выключения является неотъемлемой частью почти каждой функции наших электронных устройств, от обработки информации до хранения памяти.

TFET-это особый тип переключателя, разработанный с учетом энергетического будущего.В отличие от обычных транзисторов, которые требуют определенного минимального напряжения для включения, TFET могут работать при значительно более низких напряжениях.Этот оптимизированный дизайн означает, что они потребляют значительно меньшую энергию при переключении, что значительно снижает общее энергопотребление устройств, в которые они интегрированы.

По словам профессора Адриана Ионеску, главы NanoLab, «наши усилия представляют собой значительный скачок вперед в области электроники, разрушенные предыдущие показатели эффективности и демонстрируются выдающимися способностями вольфрамового дискетена/олова TFET иВозможность создания функции синаптического нейрона в рамках той же технологии ».

Садег Камаей, доктор философии.Кандидат в EPFL, впервые впервые использовал потенциал 2D-полупроводников и сегнетоэлектрических материалов в полностью совместной электронной системе.2D-полупроизводства могут использоваться для сверхэффективных цифровых процессоров, тогда как сегнетоэлектрический материал дает возможность непрерывно обрабатывать и хранить память одновременно.

Сочетание двух материалов создает возможность использовать лучшие из цифровых и аналоговых способностей каждого.Теперь выключатель света из нашей вышеупомянутой аналогии не только более энергоэффективен, но и свет, который он включает, может гореть еще ярче.

Камаей добавил: «Работать с 2D -полупроводниками и интеграция их с помощью сегнетоэлектрических материалов была сложной, но в то же время чрезвычайно полезным. Потенциальные применения наших выводов могут пересмотреть то, как мы рассматриваем и взаимодействуем с электронными устройствами в будущем».

Кроме того, исследование углубляется в создание переключателей, аналогичных биологическим синапсам - сложные соединители между клетками мозга - для нейроморфных вычислений.

«Исследование отмечает первую в истории совместную интеграцию логических цепей фон Неймана и нейроморфных функциональных возможностей, намечая захватывающий курс для создания инновационных вычислительных архитектур, характеризующихся исключительно низким энергопотреблением и до сих пор незаконно, »добавляет Ионеску.

Такие достижения намекают на электронные устройства, которые работают так, как они параллельно человеческому мозгу, женившись на вычислительной скорости с помощью информации о обработке таким образом, что в большей степени соответствует человеческому познанию.Например, нейроморфные системы могут преуспеть в задачах, с которыми борются традиционные компьютеры, такие как распознавание моделей, обработка сенсорных данных или даже определенные типы обучения.

Эта смесь традиционной логики с нейроморфными схемами указывает на преобразующее изменение с далеко идущими последствиями.Будущее вполне может увидеть устройства, которые не просто умнее и быстрее, но экспоненциально более энергоэффективно.

Больше информации: Сегроэлектрическое стробирование двумерных полупроводников для интеграции логики крутых слов и нейроморфных устройств, природа электроники (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01018-7