大脑启发的分子记忆电阻器具有特殊的记忆可重构性

2021年9月2日 新闻工作人员/来源
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新的可重构系统忆阻器,或电子存储设备,是基于一个分子系统,可以在几个离散的顺序电压之间转换的状态和关闭,根据一项研究纸张发表在期刊上自然

大脑皮层神经元之间丰富的树突-突触相互连接,嵌入复杂的逻辑结构,使复杂的决策能力大大超过任何人工电子模拟。其物理复杂性远远超出了现有的电路制造技术:此外,大脑中的网络是动态可重构的,这为不断变化的环境提供了灵活性和适应性。相比之下,最先进的半导体逻辑电路是基于硬线连接的阈值开关,以执行预定义的逻辑功能。为了提高逻辑电路的性能,Goswami等人通过在纳米尺度的材料特性中表达复杂的逻辑,重新构想了基本的电子电路元件。图片来源:新加坡国立大学。

大脑皮层神经元之间丰富的树突-突触相互连接,嵌入复杂的逻辑结构,使复杂的决策能力大大超过任何人工电子模拟。其物理复杂性远远超出了现有的电路制造技术:此外,大脑中的网络是动态可重构的,这为不断变化的环境提供了灵活性和适应性。相比之下,最先进的半导体逻辑电路是基于硬线连接的阈值开关,以执行预定义的逻辑功能。为了提高逻辑电路的性能,戈斯瓦米. 通过在纳米级材料属性中表达复杂逻辑,重新想象基本电子电路元件。图片来源:新加坡国立大学。

“这项工作是我们在设计低能耗计算方面的一个重大突破,”该研究所的研究员a·阿里安多(a . Ariando)博士说新加坡国立大学

“在单个元件中使用多个开关的想法从大脑如何工作中获得灵感,并从根本上重新设想逻辑电路的设计策略。”

与硬线标准电路不同,新的忆阻器可以使用电压重新配置,以嵌入不同的计算任务。

“这一新发现有助于边缘计算的发展,作为一种复杂的内存计算方法来克服冯诺依曼瓶颈由于存储设备与处理器的物理分离,许多数字技术都存在计算处理延迟的问题,”Ariando博士说。

这种新的忆阻器还可能有助于设计具有更高计算能力和速度的下一代处理芯片。

同样来自新加坡国立大学(National University of Singapore)的斯里托什·戈斯瓦米(Sreetosh Goswami)博士说:“与人脑连接的灵活性和适应性类似,我们的记忆设备可以通过简单地改变施加的电压,在不同的计算任务中动态地重新配置。”

“此外,就像神经细胞存储记忆一样,同样的设备也可以保留信息,以便将来提取和处理。”

在他们的研究中,科学家们概念化并设计了一个分子系统,该系统属于苯基偶氮吡啶化学家族,其中心金属原子与称为配体的有机分子结合。

“这些分子就像电子海绵,可以提供多达6个电子转移,从而产生5种不同的分子状态,”

“这些状态之间的互联性是设备可重构性背后的关键,”该研究所的研究人员斯里布拉塔·戈斯瓦米(Sreebrata Goswami)博士说印度科学培养协会

作者创造了一个微小的电路,它由一层40纳米的分子膜组成,夹在一层金的顶层和一层金注入纳米盘和氧化铟锡的底层之间。

他们观察到一个前所未有的电流电压分布施加一个负电压的设备。

与传统金属氧化物忆阻器仅在一个固定电压下开启和关闭不同,这些有机分子器件可以在几个离散的连续电压下在开启和关闭状态之间切换。

在他们研究的基础上,该团队使用分子存储设备来运行程序,以完成不同的现实世界的计算任务。

作为概念验证,研究人员展示了他们的技术可以在一个步骤中完成复杂的计算,并可以重新编程,在下一个瞬间执行另一项任务。

一个单独的分子存储设备可以执行与数千个晶体管相同的计算功能,使该技术成为一种更强大、更节能的存储选择。

阿里安多博士说:“这项技术可能首先用于手持设备,如手机和传感器,以及其他功率有限的应用。”。

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戈斯瓦米. 2021分子忆阻器中的决策树。自然597年,51-56;doi: 10.1038 / s41586 - 021 - 03748 - 0

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