2D材料助力人工智能進(jìn)階

機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序的日益重要，也推動(dòng)了技術(shù)的開發(fā)，而更小、更節(jié)能的計(jì)算機(jī)芯片則一直是研究的重要方向之一，這意味著可以在相同電路中處理和存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)。

事實(shí)上，到目前為止，計(jì)算機(jī)芯片的能量效率仍然受到現(xiàn)有架構(gòu)的限制，其中，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在兩個(gè)獨(dú)立的單元中進(jìn)行。這意味著數(shù)據(jù)必須在兩個(gè)單元之間不斷傳輸，耗盡著人工智能的大量時(shí)間和精力。

然而，在人類大腦（世界上最強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)）中，神經(jīng)元就具備處理和存儲(chǔ)信息的能力。基于此，工程師試圖模仿此功能，創(chuàng)建具有內(nèi)存中邏輯架構(gòu)的芯片，有時(shí)也稱為“憶阻器”。其邏輯是，無(wú)需大量傳送數(shù)據(jù)，因此可以制造更小更快的設(shè)備，消耗更少的能量。

近日，EPFL納米級(jí)電子和結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（LANES）的研究人員就在這樣的設(shè)想背景下開發(fā)了一種新一代電路，新一代電路可提供更小，更快，更節(jié)能的設(shè)備，而這將對(duì)人工智能系統(tǒng)產(chǎn)生重大益處。他們的革命性技術(shù)是第一個(gè)將2D材料用于存儲(chǔ)器架構(gòu)中的邏輯，或者將邏輯操作與存儲(chǔ)器功能相結(jié)合的單一架構(gòu)。

新型芯片稱之為浮柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FGFET），通常在閃存系統(tǒng)中使用。具體來(lái)說(shuō)，EPFL芯片由MoS2制成，MoS2是一種2D材料，由僅三個(gè)原子厚的單層組成，也是一種優(yōu)秀的半導(dǎo)體材料。同時(shí)，EPFL芯片基于浮門場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FGFET），這些晶體管的優(yōu)點(diǎn)在于它們可以長(zhǎng)時(shí)間保持電荷;它們通常用于相機(jī)，智能手機(jī)和計(jì)算機(jī)的閃光記憶系統(tǒng)。

事實(shí)上，正因?yàn)镸oS2獨(dú)特的電氣特性才使其對(duì)存儲(chǔ)在FGFET中的電荷特別敏感，這也令車道工程師能夠開發(fā)出既可作為存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元又可編程晶體管的電路。通過(guò)使用MoS2，他們能夠?qū)⒈姸嗵幚砉δ芗傻絾蝹€(gè)電路中，然后根據(jù)需要進(jìn)行更改。

研究人員表示，這項(xiàng)電路設(shè)計(jì)具有許多優(yōu)勢(shì)。不僅可以減少與在內(nèi)存單元和處理器之間傳輸數(shù)據(jù)相關(guān)的能量損失，減少計(jì)算操作所需的時(shí)間，還可以減少所需的空間。這為更小，更強(qiáng)大和更節(jié)能的人工智能設(shè)備打開了大門。

該研究結(jié)果已發(fā)表在“自然”雜志上。

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