Forskare vid University of Cambridge har presenterat ett genombrott inom nanovetenskap som kan få enorm betydelse för framtidens artificiella intelligens. Genom att utveckla en ny typ av ”hjärnliknande” chip har forskarteamet lyckats minska energiförbrukningen för AI-system med upp till 70 procent.
Den innovativa komponenten, en så kallad memristor, efterliknar sättet mänskliga neuroner bearbetar och lagrar information samtidigt. Detta neuromorfiska tillvägagångssätt adresserar en av de största energibovarna i traditionella datorchips: behovet av att ständigt flytta data fram och tillbaka mellan minnesenheter och processorer.
Tekniken bakom genombrottet
Forskarlaget, som leds av Dr. Babak Bakhit, har använt en modifierad form av hafniumoxid för att skapa enheten. Genom en tillväxtprocess i två steg har de lagt till strontium och titan för att skapa små elektroniska grindar, kända som p-n-övergångar, vid gränssnitten mellan de olika lagren.
Till skillnad från tidigare memristorer, som förlitat sig på oförutsägbara metoder för att bilda filament, använder denna nya design en gränssnittsbaserad växlingsmekanism. Detta resulterar i en betydligt högre stabilitet och enhetlighet under växlingscyklerna.
Viktiga tekniska egenskaper:
- Extremt låg strömförbrukning: Enheterna opererar med växlingsströmmar som är cirka en miljon gånger lägre än konventionella oxidbaserade memristorer.
- Analog beräkning: Chippet kan uppnå hundratals stabila konduktansnivåer, vilket krävs för analog ”in-memory”-beräkning.
- Biologiskt lärande: Hårdvaran uppvisade biologiska inlärningsbeteenden, inklusive så kallad ”spike-timing dependent plasticity”.
- Hållbarhet: Systemet förblev stabilt genom tiotusentals växlingscykler och kunde behålla programmerade tillstånd i ungefär ett dygn.
Utmaningar kvarstår för industrin
Trots de imponerande laboratorieresultaten finns det hinder kvar innan tekniken kan nå massproduktion. Den nuvarande tillverkningsprocessen kräver en temperatur på 700 °C, vilket överskrider de gränser som gäller för standardiserad halvledartillverkning. Forskarna arbetar nu intensivt med att sänka denna temperatur för att göra tekniken kompatibel med dagens industriella processer.
Studien, som publicerats i tidskriften Science Advances, har fått stöd från bland annat Vetenskapsrådet (Swedish Research Council), Royal Academy of Engineering och Royal Society. En patentansökan har redan lämnats in via Cambridge Enterprise.
