Учёные Кембриджского университета создали высокопроизводительный мемристор на основе специального оксида гафния — компонент, который имитирует работу синапсов в нашем мозге. Это не просто лабораторная новинка: устройство способно радикально снизить энергопотребление искусственного интеллекта — до 70%. А главное — оно решает одну из самых болезненных проблем современной вычислительной техники.
Современные процессоры тратят львиную долю энергии не на вычисления, а на бесконечное «перетаскивание» данных между блоком памяти и процессором. Это классическое «фон-неймановское бутылочное горлышко» — цифровая пробка, которая превращается в тепло и съедает электричество. Мозг человека работает иначе: обработка и хранение информации происходят в одном месте — в синапсе. Именно этот принцип и воплотили кембриджские исследователи.
Как устроен новый мемристор
Команда под руководством доктора Бабака Бахита (Babak Bakhit) отказалась от привычных «проводящих нитей», которые в старых мемристорах растут и ломаются хаотично. Вместо этого они создали стабильный интерфейсный механизм переключения. В тонкую плёнку оксида гафния добавили стронций и титан — это сформировало внутренние p-n переходы, которые работают как надёжные электронные «ворота».
«Филаментарные устройства ведут себя непредсказуемо, — объясняет Бахит. — А наши переключаются на интерфейсе, поэтому показывают выдающуюся стабильность от цикла к циклу и от устройства к устройству».
Результат впечатляет: устройство работает с токами в миллион раз меньшими, чем у предшественников, выдерживает десятки тысяч циклов, хранит данные около суток и даже имитирует «зависимую от времени пластичность синапсов» — тот самый механизм, благодаря которому мозг учится и адаптируется.
Пока есть одно серьёзное препятствие: технология производства требует температуры 700 °C. Это слишком горячо для стандартных полупроводниковых фабрик — можно повредить другие компоненты. Бахит признаёт, что до прорыва было «огромное количество неудач», но сейчас команда сосредоточилась именно на снижении температуры.
Результаты опубликованы в Science Advances.
