electric

ไซแนปส์ประดิษฐ์ที่สร้างขึ้นโดยใช้ตัวเก็บประจุ

ในยุคที่กำลังเบ่งบานของ AIต้องใช้วิธีการคำนวณที่มีประสิทธิภาพ

ในการประมวลผลและจัดเก็บข้อมูลจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม การออกแบบคอมพิวเตอร์ในปัจจุบันมีข้อจำกัดด้านประสิทธิภาพโดยธรรมชาติในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ทางเลือกที่เลียนแบบสมอง อุปกรณ์เหล่านี้เรียกว่าคอมพิวเตอร์ neuromorphic หลีกเลี่ยงปัญหามากมายที่เกี่ยวข้องกับสถาปัตยกรรมฟอนนอยมันน์แบบดั้งเดิมซึ่งมีมาตั้งแต่ปีพ. ศ. 2488 และประกอบด้วยหน่วยประมวลผลและหน่วยความ

ufabet

บทความอื่น ๆ : FEIC งานประชุมอย่างเป็นทางการของผู้ที่เชื่อว่าโลกแบน

หน่วยเหล่านี้ถูกแยกออกจากกันทางกายภาพ ดังนั้นข้อมูลจึงต้องเดินทางระหว่างกันผ่านชุดของสายไฟหรือตัวนำที่เรียกว่า “เมมโมรี่บัส” สิ่งนี้จะทำให้ความเร็วของระบบคอมพิวเตอร์ทั้งหมดช้าลง ใช้พลังงานจำนวนมาก และเป็นอุปสรรคสำคัญต่อประสิทธิภาพการทำงานที่มีประสิทธิภาพ

ขอบเขตของการประมวลผล neuromorphic ได้ขยายตัวอย่างรวดเร็วในทศวรรษที่ผ่านมา โดยหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ผ่านหน่วยแบบบูรณาการซึ่งรวมทั้งการจัดเก็บหน่วยความจำและการคำนวณเข้าด้วยกัน ดังนั้นชื่อ “การคำนวณในหน่วยความจำ” ด้วยเซลล์หน่วยความจำและหน่วยประมวลผลที่คล้ายคลึงกับไซแนปส์และเซลล์ประสาททางชีววิทยา สถาปัตยกรรมใหม่นี้จะหลีกเลี่ยงระยะทางไกลที่ข้อมูลต้องเดินทางในสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม การคำนวณในหน่วยความจำส่วนใหญ่อาศัยแนวคิดที่เรียกว่าหน่วยความจำแบบใช้ตัวต้านทาน ซึ่งข้อมูลจะถูกจัดเก็บและประมวลผลโดยใช้ความต้านทานไฟฟ้าที่ควบคุมได้ แม้ว่าสิ่งนี้จะทำให้สามารถประมวลผลหน่วยความจำเหมือนสมองได้ แต่อุปกรณ์เหล่านี้ยังคงประสบปัญหาหลายประการ รวมถึงความต้องการพลังงานสูงและการตั้งค่าระบบที่ซับซ้อน

นักวิจัยนำโดย Shimeng Yu จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจียพยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้โดยการพัฒนาไซแนปส์ประดิษฐ์ไฟฟ้าแบบใหม่ที่ทำงานบนหน่วยความจำแบบตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุบันทึกและจัดเก็บข้อมูลเป็นประจุไฟฟ้า นอกจากต้องการพลังงานน้อยกว่าในการทำงานแล้ว ยังมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมจากการไม่เป็นสื่อนำไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าประจุไฟฟ้าไม่สามารถทะลุผ่านไซแนปส์ของประจุไฟฟ้าได้อย่างง่ายดาย สิ่งนี้จะหลีกเลี่ยงสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่ากระแสรั่วไหลซึ่งเป็นปัญหาเรื้อรังในระบบ synaptic ประดิษฐ์มานานหลายปี

โดยไม่มีปัญหากระแสรั่วไหล ไม่จำเป็นต้องมีส่วนประกอบวงจรเพิ่มเติมที่เรียกว่า “ซีเล็คเตอร์” ซึ่งลดการรั่วไหลให้เหลือน้อยที่สุด Selectors สามารถรวมเข้ากับชั้นล่างของชิปคอมพิวเตอร์เท่านั้นเนื่องจากความต้องการในการผลิต ทำให้การเรียงซ้อนแนวตั้งของไซแนปส์เทียมทำได้ยากมาก การออกแบบเหล่านี้ให้ความหนาแน่นของการจัดเก็บที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ความท้าทายอยู่ที่การหาวัสดุที่เหมาะสมในการทำเช่นนี้

ทีมงานสามารถสร้างไซแนปส์เทียมแบบคาปาซิทีฟโดยใช้แฮฟเนียมออกไซด์ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันมานานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุแสดงค่าความจุที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าที่เก็บไว้ในนั้น และความจริงที่ว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายหมายถึงการแปลเทคโนโลยีนี้ในเชิงพาณิชย์สามารถอำนวยความสะดวกได้อย่างง่ายดาย

ความสามารถของไซแนปส์ capacitive ที่ใช้ฮาฟเนียมใหม่นั้นแสดงให้เห็นในการทดสอบประสิทธิภาพระดับระบบที่ระดับอาเรย์ ซึ่งบ่งชี้ถึงศักยภาพในการใช้งานจริงในโลกแห่งความเป็นจริง

แม้ว่าไซแนปส์ใหม่นี้จะประสบความสำเร็จในระดับระบบ แต่ก็ยังมีช่องว่างสำหรับการปรับปรุง ทีมงานกล่าว ตัวอย่างเช่น ยังคงต้องลดขนาดลงเหลือ 10-100s นาโนเมตร ซึ่งอยู่ในช่วงของแนวทางการผลิตในปัจจุบัน มาตราส่วนนี้เทียบเท่ากับเส้นขนที่บางกว่าเส้นผมมนุษย์ประมาณ 1,000-10,000 เท่า นอกจากนี้ การดัดแปลงโครงสร้างเพิ่มเติมหรือวิศวกรรมเรขาคณิตของอุปกรณ์ของตัวเก็บประจุสามารถบรรลุไซแนปส์ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นด้วยสถานะข้อมูลที่เชื่อถือได้

แม้ว่าเทคโนโลยีที่แปลกใหม่ (แต่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ) นี้สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่เทียบเท่าหรือดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีที่พัฒนาเต็มที่ของอาร์เรย์ synaptic อื่น ๆ การตรวจสอบและเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างและวงจรอุปกรณ์ capacitive synapse ให้เหมาะสมที่สุด จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของการประมวลผลในหน่วยความจำต่อไป


อ่านบทความอื่น ๆ เพิ่มเติมได้ที่ : raintonbridge.com

Releated