Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology haben einen Ersatz für Siliziumtransistoren gefunden, um eine neue Generation leistungsstarker Prozessoren für Aufgaben der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens zu schaffen. Unter Verwendung einfacher und erschwinglicher Verbindungen aus Phosphor und Silizium haben Wissenschaftler analoge Logikelemente geschaffen, die viel schneller arbeiten als Siliziumtransistoren und millionenfach schneller als Synapsen im menschlichen Gehirn.
Der Vergleich mit dem Gehirn ist kein Zufall. Die Neuronen in dem Komplex können ziemlich groß sein, während die neuen Logikelemente – Protonenwiderstände – tausendmal kleiner sein können. Es wird möglich sein, einen so leistungsstarken analogen Prozessor in das Volumen des Gehirns einzubauen, dass dies nach modernen Maßstäben unvorstellbar ist. Dafür müssen jedoch noch viele weitere Entdeckungen gemacht werden, obwohl die Hauptsache - das Grundelement - Wissenschaftler bereits erfunden haben.
Ein Protonenwiderstand ist ein isolierter Bereich aus Oxid, in den eine bestimmte Anzahl von Protonen mit einem starken elektromagnetischen Feld getrieben wird. Das auf die Protonen ausgeübte Feld ist extrem, was das Material fast „verbrennen“ kann, wie Wissenschaftler sagen. In der Praxis beträgt diese Spannung etwa 10 V, die an einen mehrere Nanometer dicken Film angelegt werden. Höchste Feldstärke im kleinsten Volumen bewirkt, dass sich die Protonen buchstäblich in den Widerstandsbereich „teleportieren“ oder bei Umpolung wieder zurück. Dies ergibt eine Arbeitsgeschwindigkeit auf der Ebene von Nanosekunden, die viel schneller ist als die Geschwindigkeit der Gehirnneuronen.
Da eine beliebige Anzahl von Protonen bedingt in den Widerstandsbereich getrieben werden kann, können Sie einfach die Gewichtungskoeffizienten für jeden von ihnen festlegen, wodurch die Notwendigkeit eines langen neuronalen Netzwerktrainingsprozesses entfällt. Ein neuronales Netzwerk im Volumen eines solchen analogen Prozessors wird fast sofort erstellt, was für die praktische Arbeit sehr wichtig ist. Außerdem arbeitet der Prozessor in Form eines Arrays von Widerständen wie gewohnt, nur müssen die Daten während der Verarbeitung nicht zwischen Prozessor und Speicher verschoben werden, was die Verarbeitung ebenfalls beschleunigt und den Verbrauch spart, da keine Daten außerhalb des Prozessors gesendet werden .
Protonen als „Füllstoffe“ von Widerständen wurden nicht zufällig gewählt. Protonenträger sind ein Festelektrolyt in Form der beliebten anorganischen Substanz Phosphosilikatglas (PSG). Es ist mit Silikon kompatibel und verfügbar. Es dient auch als Isolator für die Elektronen, wodurch die Bereiche mit Widerständen vom elektrischen Strom isoliert werden, indem es die Leitfähigkeit für die Protonen bereitstellt. Die wichtigste Errungenschaft der Entdeckung war die Verwendung von Phosphorsilikatglas in der Struktur des Protonenwiderstands, das ihm all die wunderbaren Eigenschaften verlieh, von denen Wissenschaftler berichteten. Herstellungsprozess, Architektur und Betriebsspannungsbereiche müssen noch entwickelt werden, dem werden sich die Wissenschaftler in den folgenden Studien widmen.
2022-08-02 14:07:49
Autor: Vitalii Babkin