Ensimmäinen vetyä hyödyntävä tekoälypuolijohde

DGIST:n nanoteknologian osaston Lee Hyun Junin ja Noh Hee Yeonin johtama tutkimusryhmä on onnistunut toteuttamaan maailman ensimmäisen kaksinapaisen tekoälyyn (AI) perustuvan puolijohteen, joka ohjaa vetyä tarkasti sähköisillä signaaleilla mahdollistaen näin itseoppimisen ja muistin.

Vaikka nykyaikainen tekoäly vaatii valtavien tietomäärien nopeaa käsittelyä, laskennan ja muistin erottaminen perinteisissä tietokoneissa johtaa seuraaviin rajoituksiin: nopeuden heikkenemiseen ja korkeaan virrankulutukseen.

”Neuromorfiset puolijohteet”, jotka suorittavat laskennan ja tallennuksen samanaikaisesti matkien ihmisaivoja, ovat saamassa huomiota seuraavan sukupolven teknologiana, joka voi ratkaista tämän ongelman.

Perinteiset oksidipohjaiset muistipiirit hyödynsivät ensisijaisesti happivakanssien migraatiota muistina. Tämä kuitenkin vaikeutti pitkäaikaisen vakauden ja yhdenmukaisuuden varmistamista piirirakenteiden välillä. Tutkimusryhmä ratkaisi tämän ongelman kehittämällä oman menetelmän vetyionien (H⁺) injektoinnin ja purkamisen tarkkaan ohjaamiseen sähkökentän avulla.

Tämä on erityisen merkittävää, koska tämä teknologia otettiin käyttöön ensimmäistä kertaa maailmanhistoriassa "kaksiterminaalisessa vertikaalisessa rakenteessa". Tämä rakenne on erittäin edullinen seuraavan sukupolven tiheille tekoälysiruille, koska se mahdollistaa korkean integrointitiheyden ja yksinkertaiset valmistusprosessit laitteille.

Tähän mennessä ei ole raportoitu tapauksia, joissa vedyn siirtymistä olisi ohjattu tarkasti vertikaalisessa rakenteessa tekoälytoimintojen toteuttamiseksi.

Uusi vetypohjainen tekoälylaite toimi vakaasti yli 10 000 toistuvan operaation ajan ja säilytti muistitilansa ehjänä jopa pitkän säilytyksen jälkeen. Lisäksi osoitettiin, että sen analogisten ominaisuuksien, asteittain muuttuvan johtavuuden, ansiosta sen oppimis- ja muistitoiminnot olivat samanlaisia kuin ihmisen aivojen synapseissa.

Vanhempi tutkija Lee Hyun Jun totesi: ”Tällä tutkimuksella on merkittävää merkitystä uuden tekoälypuolijohteen kehittämisen lisäksi. Se esittelee uuden resistiivisen kytkentämekanismin, joka hyödyntää vedyn migraatiota ja on täysin erilainen kuin olemassa oleva happivakansseihin perustuva muisti.”

Apulaistutkija Noh Hee Yeon korosti: ”Tämä on ensimmäinen tapaus, jossa vetyatomien siirtymistä pinottujen puolijohdekerrosten välillä ohjataan tarkasti sähköisesti”, ja lisäsi: ”Tämän tutkimuksen tulokset, jotka selvensivät vedyn siirtymismekanismia, muuttavat perusteellisesti tekoälylaitteiston arkkitehtuuria ja nopeuttavat seuraavan sukupolven, pienitehoisten ja tehokkaiden neuromorfisten puolijohteiden aikakautta.”

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat saivat aikaan aivojen kaltaisen muistin

Aksonia jäljittelevät materiaalit tietojenkäsittelyyn

Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla