Ρεσονφιγκουραμπλ Υπολογιστές που Λειτουργούν σαν τον Εγκέφαλό Σας

Μηχανικοί του Ινδικού Ινστιτούτου Επιστήμης αποκάλυψαν πρόσφατα ένα τσιπ υπολογιστή νέας γενιάς που είναι ικανό να αλλάζει μεταξύ πολλαπλών υπολογιστικών εργασιών απλά αλλάζοντας τη χημική του σύσταση. Ο νέος σχεδιασμός αντλεί ιδέες από τον ανθρώπινο εγκέφαλο, ανοίγοντας το δρόμο για μελλοντικά συστήματα ΤΝ που όχι μόνο μαθαίνουν αλλά έρχονται ενσωματωμένα με γνώση. Να τι πρέπει να γνωρίζετε.

Το ξεκλείδωμα του μέλλοντος της υπολογιστικής απαιτεί κάποια μη συμβατική σκέψη. Καθώς τα τσιπ φτάνουν στο θεωρητικό όριο του σχεδιασμού τους, νέες προσεγγίσεις πρέπει να διαμορφωθούν για να συνεχίσουν να προωθούν την υπολογιστική ισχύ προς τα εμπρός.

Κατασκευή Τσιπ

Όσον αφορά την ανάπτυξη ταχύτερων και μικρότερων τσιπ για να τροφοδοτήσουν συσκευές ηλεκτρονικής νέας γενιάς, το πυρίτιο θεωρείται η κορυφαία επιλογή. Αυτός ο άφθονος, φθηνός ημιαγωγός παρέχει αποδεκτή κινητικότητα φορέων, επιτρέποντάς του να λειτουργεί τόσο ως μονωτής όσο και ως αγωγός όταν συνδυάζεται με άλλα υλικά και εφαρμόζεται ρεύμα.

Επιπλέον, το οξειδωμένο πυρίτιο (διοξείδιο του πυριτίου) μπορεί να αναπτυχθεί σε λεπτά φύλλα που υποστηρίζουν πολυστρωματικούς κυκλωματικούς σχεδιασμούς. Αυτή η δυνατότητα το έχει καταστήσει ιδανικό για χρήση στη σημερινή μικρο- και νανοηλεκτρονική. Ωστόσο, υπάρχουν κάποια σοβαρά μειονεκτήματα σε αυτό το υλικό.

Η επεξεργασία πυριτίου μπορεί να είναι επικίνδυνη για το περιβάλλον λόγω των χημικών που εμπλέκονται. Επιπλέον, είναι περιορισμένη στην ικανότητά της να φιλοξενεί νανοηλεκτρονική. Συσκευές με μήκος πύλης κάτω από 7 nm μπορεί να βιώσουν πολλές παρεμβολές. Αυτές οι διακοπές μπορούν να συμβούν για πολλούς λόγους, συμπεριλαμβανομένης της διαρροής σήματος και της κβαντικής σήραγγας.

Νανοηλεκτρονική

Η νανοηλεκτρονική είναι το επόμενο βήμα στη μικρογραφία. Αυτές οι συσκευές, με μέγεθος κάτω από 100 nm, είναι τόσο μικρές που είναι πιο ευαίσθητες στην κβαντική μηχανική παρά στην παραδοσιακή φυσική. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές διεπαφής και άλλες μη γραμμικές αποκρίσεις λόγω της πολυπλοκότητας της λειτουργίας σε αυτή την κλίμακα.

Νευρομορφική Υπολογιστική

Όταν συρρικνώνετε ένα κύκλωμα σε νανοκλίμακα, γίνεται εξαιρετικά δύσκολο να βασιστείτε σε μηχανικές διαδικασίες για την ολοκλήρωση εργασιών. Ως εκ τούτου, οι μηχανικοί έχουν στραφεί προς επιλογές νευρομορφικής υπολογιστικής για την αποθήκευση πληροφοριών και την εκτέλεση υπολογισμών. Αυτές οι συσκευές βασίζονται στον εγκέφαλό σας.

Οι νευρομορφικοί υπολογιστές χρησιμοποιούν οξειδικά υλικά και νηματοειδή μεταγωγή για να ολοκληρώσουν υπολογιστικές εργασίες. Αυτή η δομή απλώς συρρικνώνει την τρέχουσα προσέγγιση της υπολογιστικής για να μιμηθεί τη μάθηση. Αυτή η στρατηγική διαφέρει από τη δημιουργία μιας συσκευής που εγγενώς έρχεται με τα δεδομένα ως μέρος της φυσικής της δομής.

Κατά συνέπεια, οι επιστήμονες έχουν καταβάλει μεγάλη προσπάθεια για τη δημιουργία ενός προηγμένου υλικού που ήταν ικανό να αποθηκεύει, να υπολογίζει και να προσαρμόζεται σε δεδομένα χωρίς να αλλάζει τη φυσική του επιφάνεια. Ωστόσο, οι πολυπλοκότητες της δημιουργίας μιας τέτοιας δομής έχουν αποφύγει την ανακάλυψη.

Μοριακή Ηλεκτρονική

Αυτή η επιθυμία για δημιουργία ακόμη μικρότερων μηχανών με περισσότερη ευελιξία οδήγησε τους μηχανικούς μοριακής ηλεκτρονικής να προσπαθήσουν να καταγράψουν ατομικές αλληλεπιδράσεις και κβαντικές ενέργειες με τον τελικό στόχο να είναι σε θέση να προβλέπουν αυτά τα αποτελέσματα με μεγάλη ακρίβεια.

Ωστόσο, αυτό το έργο φαινόταν αδύνατο. Μέχρι αυτόν τον μήνα, όταν μια ομάδα επιστημόνων δημοσίευσε μια πρωτοποριακή μελέτη που επέδειξε πώς κατάφεραν να προβλέψουν και να ελέγξουν αξιόπιστα αυτές τις ενέργειες.

Μελέτη Ρεσονφιγκουραμπλ Υπολογιστών

Μηχανικοί και επιστήμονες στο Κέντρο Επιστήμης και Μηχανικής Νανοκλίμακας (CeNSE) στην Ινδία μόλις ξαναέγραψαν το εγχειρίδιο μοριακής ηλεκτρονικής με τη μελέτη “Molecularly Engineered Memristors for Reconfigurable Neuromorphic Functionalities¹”.

Πηγή – Advanced Materials

Η εργασία συγκεντρώνει πρόσφατες εξελίξεις στην ηλεκτρική, χημική και φυσική μηχανική για τη δημιουργία συσκευών νανοκλίμακας που μπορούν να προσαρμόσουν τη χημική τους σύσταση για να εξυπηρετήσουν πολλούς ρόλους, συμπεριλαμβανομένων μονάδων μνήμης, λογικών πυλών, επεξεργαστών ή ηλεκτρονικών συνάψεων.

Προσαρμόσιμες Μοριακές Συσκευές

Η επιτυχία της μελέτης βοηθά να αποδειχθεί πώς η χημεία μπορεί να κάνει περισσότερα από το να υποστηρίζει υπολογιστικές δραστηριότητες—μπορεί να τις παρέχει. Επίσης, αυτή η προσαρμοστικότητα επιτρέπει στην ίδια συσκευή να λειτουργεί τόσο ως μονάδα μνήμης όσο και ως υπολογιστική μονάδα χωρίς να προστεθεί υλικό ή να αλλάξει το φυσικό της σχήμα.

Προγνωστικό Πλαίσιο

Ένα από τα πρώτα βήματα που έπρεπε να κάνουν οι μηχανικοί ήταν να δημιουργήσουν έναν τρόπο πρόβλεψης του πώς οι χημικές αλλαγές θα επηρέαζαν την ηλεκτρική μεταφορά. Συγκεκριμένα, ανέπτυξαν έναν αλγόριθμο μοντελοποίησης κβαντικής χημείας που μπορούσε να παρακολουθεί με ακρίβεια τα μόρια καθώς ταξίδευαν μέσα από την ταινία.

Ο αλγόριθμος περιελάμβανε πολλά άλλα σχετικά δεδομένα, συμπεριλαμβανομένου του πώς η οξείδωση και η αναγωγή επηρέαζαν κάθε μόριο και πώς αλληλεπιδρούσαν σε σχέση με τον συνολικό μοριακό πίνακα. Αυτά τα δεδομένα στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για να προσδιοριστεί η συνολική σταθερότητα των μορίων, καταγράφοντας οποιεσδήποτε μετατοπίσεις αντι-ιόντων σε πραγματικό χρόνο.

Οι μηχανικοί, οπλισμένοι με τον προγνωστικό τους αλγόριθμο, άρχισαν να χρησιμοποιούν τη συμπεριφορά μεταγωγής για να προβλέψουν πώς να μετατρέψουν μια ενιαία συσκευή από αποθήκευση, υπολογιστικές δραστηριότητες και άλλα. Ο αλγόριθμος επιτρέπει στους μηχανικούς να συντονίζουν με ακρίβεια το τοπικό μοριακό περιβάλλον και τις διαμοριακές αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιώντας οργανικά σύμπλοκα ρουθηνίου.

Μνημοτικές Αποκρίσεις

Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ως οδηγό για τις προσπάθειές τους, η ομάδα διαμόρφωσε με επιτυχία προγραμματιστικά ένα ενιαίο κύκλωμα. Εντυπωσιακά, κατάφεραν να επιτύχουν πολλαπλές τροπικότητες, συμπεριλαμβανομένης ψηφιακής, αναλογικής, δυαδικής και τριαδικής μνήμης.

Για να επιτευχθεί αυτό το έργο, έπρεπε να προσαρμόσουν τους συνδέτες και τα ιόντα που περιβάλλουν τα μόρια ρουθηνίου. Αυτή η προσαρμοστικότητα επεκτάθηκε ώστε να περιλαμβάνει διάφορες τιμές αγωγιμότητας που αναδιαμορφώνουν δυναμικά τις δυνατότητες της συμπαγούς συσκευής.

Σαρώστε για κύλιση →