Yhtä aikaa analoginen ja digitaalinen

EPFL:n tutkijat ovat paljastaneet uraauurtavan tekniikan, joka yhdistää jatkuvan analogisen käsittelyn mahdollisuudet digitaalisten laitteiden tarkkuuteen. Näin yhdistyisivät molempien maailmojen parhaat puolet yhdeksi energiatehokkaaksi järjestelmäksi.

Nature Electronicsissa julkaistu tutkimus integroi saumattomasti erittäin ohuita, kaksiulotteisia puolijohteita ferrosähköisiin materiaaleihin ja se paljastaa uuden tavan parantaa energiatehokkuutta ja lisätä uusia toimintoja tietojenkäsittelyyn. Uusi konfiguraatio yhdistää perinteisen digitaalisen logiikan aivojen kaltaisiin analogisiin toimintoihin.

Tutkijat operoivat ainutlaatuisen materiaalien yhdistelmän ympärillä, joka johtaa aivojen inspiroimiin toimintoihin ja edistyneisiin elektronisiin kytkimiin, kuten negatiivisen kapasitanssin Tunnel Field-Effect Transistoriin (TFET).

TFET on suunniteltu energiatietoista tulevaisuutta ajatellen sillä ne voivat toimia huomattavasti pienemmillä jännitteillä.

Professori Adrian Ionescu, Nanolabin johtaja, sanoo, että "pyrkimyksemme edustavat merkittävää harppausta eteenpäin elektroniikan alalla, koska ne ovat rikkoneet aikaisemmat suorituskyvyn vertailuarvot, ja siitä on esimerkkinä negatiivisen kapasitanssin volframidiselenidi/tinadiselenidin TFET ja mahdollisuus luoda synaptisia neurotoimintoja samalla tekniikalla."

Tohtoritutkija Sadegh Kamaei on ensimmäistä kertaa hyödyntänyt 2D-puolijohteiden ja ferrosähköisten materiaalien potentiaalia täysin integroidussa elektronisessa järjestelmässä. 2D-puolijohteita voidaan käyttää erittäin tehokkaissa digitaalisissa prosessoreissa, kun taas ferrosähköinen materiaali tarjoaa mahdollisuuden sekä jatkuvaan prosessointiin että muistin tallennukseen samanaikaisesti.

Näiden kahden materiaalin yhdistäminen antaa mahdollisuuden hyödyntää niiden omat digitaalisten ja analogisten kapasiteettien parhaat puolet. Näin saavutetaan perinteisen logiikan yhdistäminen neuromorfisiin piireihin.

"Tutkimus merkitsee ensimmäistä von Neumannin logiikkapiirien ja neuromorfisten toimintojen yhteisintegraatiota, mikä kartoittaa jännittävän suunnan innovatiivisten laskenta-arkkitehtuurien luomiseen, joille on ominaista poikkeuksellisen alhainen virrankulutus ja tähän asti tutkimattomat mahdollisuudet rakentaa neuromorfisia toimintoja yhdistettynä digitaaliseen tietojenkäsittelyyn", professori Ionescu lisää.

Tällainen perinteisen logiikan yhdistelmä neuromorfisten piirien kanssa osoittaa transformatiivisen muutoksen, jolla on kauaskantoisia vaikutuksia. Tulevaisuudessa saattaa hyvinkin nähdä laitteita, jotka eivät ole vain älykkäämpiä ja nopeampia, vaan myös eksponentiaalisesti energiatehokkaampia arvioivat tutkijat.

Aiheesta aiemmin:

Transistoreita uusille piiriarkkitehtuureille

Negatiivinen hilakapasitanssi transistoreihin