Вспомнить всё. Нейроморфный транзистор.

Аспирант Райли Бонд и профессор Говард Кац подали напряжение на транзистор и наблюдали за его способностью удерживать заряд. Источник.

16 лет назад в мир технологий наконец-то вошёл мемристор — теоретически представленный ещё в 1971 году «невозможный» электрический элемент с довольно специфичными свойствами. Встав в ряд с фундаментально важными резисторами, конденсаторами и индукторами, он представляет собой пассивное устройство, способное изменять своё сопротивление в зависимости от прошедшего через него электрического заряда. Это позволяет ему запоминать состояние даже при отключении питания, что делает их особенно привлекательными для повышения энергоэффективности вычислений.

В сфере ИТ мемристоры имеют огромный потенциал: они могут значительно увеличить скорость доступа к данным, снизить энергопотребление и расширить возможности параллельной обработки информации. Их появление открыло новые горизонты в разработке нейроморфных вычислительных систем, позволяя создавать более эффективные и адаптивные искусственные интеллект-системы. Главной перспективой этих элементов цепи считается реализация обработки данных непосредственно в ячейках памяти.

И вот специалисты из Университета Джона Хопкинса создала мемристоры нового типа. На этот раз — на основе транзистора, а не сопротивления. Примечательно, что команда занималась усовершенствованием материалов, используемых в органических логических переключателях, и на идею «мем-транзистора» наткнулась почти случайно.

«Изначально нашей целью было понять, что происходит во время зарядки транзистора, — говорит аспирант Райли Бонд. — Мы хотели определить, где заряд задерживается в этих транзисторах, и улучшить общие возможности зарядки устройства, чтобы транзисторы не коротили при подаче напряжения».

Результаты работы опубликованы в Advanced Functional Materials.

Под руководством Говарда Каца, профессора материаловедения и инженерии в Инженерной школе Уайтинга, команда внедрила в транзисторы молекулу DBTTF (дибензотетратиафульвален), которая образует кристаллы в изолирующем слое транзистора, где, как ожидалось, должен был храниться заряд. После пропускания небольшого тока через модифицированный таким образом транзистор был замечен неожиданный эффект: транзистор сохранял свой прошлый заряд, демонстрируя способность запоминать, то есть действуя как мемристор.

«Обычно транзисторы не сохраняют предыдущий заряд при перезарядке, — говорит Бонд. — Этот транзистор настраивается в зависимости от предыдущего заряда, что указывает на функцию памяти».

Исследователь отмечает сходство между работой мемристоров и тем, как мозг человека формирует воспоминания.

«Когда мы формируем новые воспоминания, в нейронах образуются новые синапсы, и эти изменения в нервных путях можно измерить, — говорит Бонд. — Мемристоры работают аналогичным образом, регулируя свой ток в зависимости от предыдущего напряжения, подобно тому, как адаптируется мозг. Это означает, что мемристоры могут изменить способ обработки данных компьютерами, повысить эффективность и способность к обучению».

Новая разработка также может изменить принцип работы памяти в электронике. Она показывает, что включение мелких разделённых кристаллитов в полимерные диэлектрики повышает их способность накапливать заряд и может быть перспективным для создания недвоичных запоминающих устройств для обработки данных. Кроме того, наблюдаемая функция указывает на возможность создания с помощью органических полевых транзисторов нейроморфных систем, имитирующих синаптическое поведение нервной системы человека.

По словам авторов, это может быть новой стратегией хранения данных, на что сегодня тратится просто огромное количество энергии.

«Каждый гигабайт данных в облаке физически хранится на 48 миллиардах транзисторов, расположенных на огромных складах. Эти переключатели настолько малы, насколько это возможно, поэтому использование традиционных транзисторных вычислений не сэкономит ни место, ни энергию, — поясняет Бонд. — Несколько мемристоров могли бы заменить столько транзисторов, что это повысило бы эффективность компьютеров, уменьшив энергопотребление и потребность в физическом пространстве».

С момента открытия команда материаловедов расширяет круг «подозреваемых» в подобном поведении веществ. Изучаются другие транзисторы, ведутся эксперименты в поисках мемристорных свойств и выясняется их технологический и экономический потенциал в этой новой технологии.

АРМК, по материалам Университета Джона Хопкинса.