Počítačový komponent napodobuje synapse lidského mozku

Nový počítačový komponent vyvinutý výzkumníky z KTH Royal Institute of Technology a Stanford University napodobuje lidský mozek tím, že se chová jako synaptická buňka. Tento nový komponent se nazývá elektrochemická paměť s náhodným přístupem (ECRAM).

Vzestup neuromorfních počítačů

Komponenty ECRAM paměti byly vyrobeny z 2D titanu a karbidu a prokázaly úžasnou schopnost doplňovat klasickou tranzistorovou technologii. Umožňují komercializaci výkonných počítačů modelovaných podle mozkové neuronové sítě. Tyto neuromorfní počítače mají potenciál být mnohem více energeticky efektivní než dnešní počítače.

ECRAM má architekturu, která je dramaticky odlišná od klasického počítačového designu, a chová se jako synaptická buňka v umělém prostředí.

Max Hamedi je asociativní profesor na KTH.

“Místo tranzistorů, které jsou buď zapnuty nebo vypnuty, a potřeba přenášet informace tam a zpět mezi procesorem a pamětí – tyto nové počítače spoléhají na komponenty, které mohou mít více stavů a provádět výpočty v paměti,” říká Hamedi.

Tým vědců z KTH a Stanfordu pracoval na testování efektivnějších materiálů pro stavbu ECRAM. Aby byly tyto čipy komerčně využitelné, vyžadují materiály, které mohou překonat pomalou kinetiku kovových oxidů a nestabilní teplotu plastů.

MXene Materiál

Výzkumníci vytvořili materiál nazvaný MXene, který je 2D sloučeninou, jen několik atomů tlustou a složenou z titanu a karbidu. MXene kombinuje vysokou rychlost organické chemie a integrační kompatibilitu anorganických materiálů.

ECRAMy z MXene kombinují rychlost, šum při zápisu, lineárnost, přepínací energii a metriky odolnosti, které jsou potřebné pro paralelní urychlení umělých neuronových sítí (ANN).

Profesor Alberto Salleo ze Stanford University je spoluautorem výzkumu.

“MXeny jsou zajímavá materiálová rodina pro tuto konkrétní aplikaci, protože kombinují teplotní stabilitu potřebnou pro integraci s konvenční elektronikou s dostupností rozsáhlého kompozičního prostoru pro optimalizaci výkonu,” říká Salleo.

Podle Hamediho jsou stále ještě mnoho bariér, které musí být překonány, pokud spotřebitelé mají být schopni koupit své vlastní neuromorfní počítače. Nicméně, 2D ECRAMy jsou významným průlomem v oblasti neuromorfních materiálů. Mohly by umožnit umělou inteligenci, která je schopna přizpůsobit se matoucím vstupům a nuancím, podobně jako lidský mozek. Současně by vyžadovala mnohem méně energetické spotřeby.