Linh kiện máy tính mô phỏng synapses của não bộ con người

Một linh kiện máy tính mới được các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Hoàng gia KTH và Đại học Stanford phát triển, mô phỏng não bộ con người bằng cách hoạt động như một tế bào synapse. Linh kiện mới này được gọi là bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên điện hóa (ECRAM).

Sự trỗi dậy của máy tính mô phỏng sinh học

Các linh kiện bộ nhớ ECRAM được tạo ra bằng titan carbide 2D và đã chứng minh khả năng ấn tượng trong việc bổ sung công nghệ transistor cổ điển. Chúng đang cho phép thương mại hóa các máy tính mạnh mẽ được mô hình hóa theo mạng lưới thần kinh của não. Những máy tính mô phỏng sinh học này có tiềm năng trở nên tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với máy tính ngày nay.

ECRAM có kiến trúc khác biệt đáng kể so với tính toán cổ điển và hoạt động như một tế bào synapse trong mạng lưới nhân tạo.

Max Hamedi là Giáo sư Liên kết tại KTH.

“Thay vì sử dụng transistor chỉ có thể ở trạng thái bật hoặc tắt và cần phải di chuyển thông tin qua lại giữa bộ xử lý và bộ nhớ – những máy tính mới này dựa trên các linh kiện có thể có nhiều trạng thái và thực hiện tính toán trong bộ nhớ,” Hamedi cho biết.

Đội ngũ các nhà khoa học tại KTH và Stanford đã làm việc để kiểm tra các vật liệu hiệu quả hơn cho việc xây dựng ECRAM. Để làm cho những con chip này trở nên thương mại hóa, họ cần vật liệu có thể vượt qua động lực học chậm của oxit kim loại cũng như nhiệt độ không ổn định của nhựa.

Vật liệu MXene

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một vật liệu được gọi là MXene, một hợp chất 2D chỉ dày vài nguyên tử và bao gồm titan carbide. MXene kết hợp tốc độ cao của hóa học hữu cơ và khả năng tích hợp của vật liệu vô cơ.

ECRAM MXene kết hợp tốc độ, tiếng ồn khi viết, tính tuyến tính, năng lượng chuyển mạch và các chỉ số độ bền cần thiết cho việc tăng tốc song song của mạng lưới thần kinh nhân tạo (ANN).

Giáo sư Alberto Salleo tại Đại học Stanford là đồng tác giả của nghiên cứu.

“MXene là một gia đình vật liệu thú vị cho ứng dụng này vì chúng kết hợp sự ổn định nhiệt cần thiết cho tích hợp với điện tử cổ điển với không gian thành phần rộng lớn để tối ưu hóa hiệu suất,” Salleo cho biết.

Theo Hamedi, vẫn còn nhiều rào cản cần phải vượt qua nếu người tiêu dùng muốn mua máy tính mô phỏng sinh học của riêng họ. Tuy nhiên, ECRAM 2D là một bước đột phá lớn trong lĩnh vực vật liệu mô phỏng sinh học. Chúng có thể cho phép trí tuệ nhân tạo có khả năng thích nghi với đầu vào và sắc thái phức tạp, tương tự như não bộ con người. Đồng thời, nó sẽ yêu cầu ít năng lượng tiêu thụ hơn.