Laskentaa muistissa sähkökemiallisilla rakenteilla

Tekoälyn (AI) edistyessä POSTECHin (Pohang University of Science and Technology) tutkijat ovat löytäneet läpimurron, joka voisi tehdä tekoälystä nopeampaa ja tehokkaampaa.

Professori Seyoung Kim ja tohtori Hyunjeong Kwak POSTECHin materiaalitieteen ja tekniikan sekä puolijohdetekniikan osastoilta yhteistyössä tohtori Oki Gunawanin kanssa IBM TJ Watson Research Centeristä ovat ensimmäisiä, jotka ovat paljastaneet sähkökemiallisen satunnaispääsymuistin (ECRAM) piilotetut toimintamekanismit. Kyseessä olisi lupaava teknologia seuraavan sukupolven tekoälylle.

Muistissa tapahtuva laskenta mahdollistaa laskelmat suoraan muistissa, eliminoiden datan liikuttelun jolloin toiminta nopeutuu ja tehostuu.

ECRAM on yksi kriittinen tekniikka muistilaskennan toteuttamisessa. ECRAM-rakenteet tallentavat ja käsittelevät informaatiota ioniliikkeiden avulla, mikä mahdollistaa jatkuvan analogis-tyyppisen datantallennuksen. Niiden monimutkaisen rakenteen ja korkearesistiivisten oksidimateriaalien ymmärtäminen on kuitenkin edelleen haastavaa, mikä haittaa merkittävästi kaupallistamista.

ECRAM on lupaava risteyspiste elementti analogisen tekoälyn laskennassa.

Transistorimaisella kolminapaisella rakenteella ECRAM:n kanavan johtokykyä voidaan moduloida sovelletulla hilaohjauksella, joka indusoi ionien kulkeutumista kanavamateriaaliin tai siitä ulos

Tutkimusryhmä kehitti kolmen terminaalin strukturoidun ECRAM-rakenteen, jossa käytettiin volframioksidia, ja käytti rinnakkaisen dipolilinjan Hall-järjestelmää, mikä mahdollistaa sisäisen elektronidynamiikan havainnoinnin erittäin alhaisista lämpötiloista (-223 °C, 50 K) huoneenlämpötilaan (300 K).

He havaitsivat ensimmäistä kertaa, että ECRAM:n sisällä olevat happivakanssit luovat matalia luovutustiloja (~0,1 eV), jotka muodostavat tehokkaasti oikoteitä, joiden kautta elektronit liikkuvat vapaasti.

Sen sijaan, että pelkkä elektronimäärä kasvaisi, ECRAM luo luonnostaan ympäristön, joka helpottaa elektronien kuljetusta. Ratkaisevaa on, että tämä mekanismi pysyi vakaana jopa erittäin matalissa lämpötiloissa, mikä osoittaa ECRAM-laitteen lujuuden ja kestävyyden.

Professori Seyoung Kim POSTECHista korosti: "Tämä tutkimus on merkittävä, koska se selvitti kokeellisesti ECRAM:n kytkentämekanismia eri lämpötiloissa. Tämän tekniikan kaupallistaminen voi johtaa nopeampaan tekoälyn suorituskykyyn ja pidentää akun käyttöikää laitteissa, kuten älypuhelimissa, tableteissa ja kannettavissa tietokoneissa."

Aiheesta aiemmin:

Neuromorfiseen laskentaa sopiva piitransistori

Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja

Muistissa toimivaa langatonta laskentaa