Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый тип искусственного синапса, который является чрезвычайно энергоэффективным и сверхбыстрым. Синапс обрабатывает данные в миллион раз быстрее, чем синапсы в мозге человека. Все благодаря аналоговой конструкции, которая взаимодействует с протонами вместо электронов.
Благодаря своей уникальной структуре нейронов и синапсов, человеческий мозг является самым мощным процессором в мире. Имитация этой структуры позволяет ученым создавать более мощные компьютеры, которые экономят время и энергию при выполнении сложнейших вычислений. Нейронные сети также во многом используют принципы, подсмотренные в человеческом мозге, но имеют свои аппаратные ограничения. Теперь команда MIT смогла преодолеть одно из этих ограничений.
Протонный синапс
Исследователи разработали новый тип программируемых элементов, которые являются строительными блоками процессоров. Проводимость этих элементов можно менять, позволяя им пропускать или блокировать протоны. Массив таких элементов позволяет обрабатывать и передавать информацию, подобно естественным нейронам и синапсам.
При этом команда внесла несколько улучшений в формулу. Во-первых, элементы проводят не электроны, а протоны - мельчайшие ионы, которые могут перемещаться на колоссальной скорости.
Но главное новшество - твердый электролит из фосфосиликатного стекла. По сути, это диоксид кремния с добавлением небольшого количества фосфора. Было обнаружено, что этот неорганический материал обеспечивает высокую проводимость протонов при комнатной температуре благодаря своим наноразмерным порам. Поры пропускают через себя протоны, но блокируют электроны.
Когда устройство попадает в мощное электрическое поле, протоны начинают пролетать по схеме на молниеносных скоростях. Это позволяет создать процессор, который обрабатывает данные в миллион раз быстрее, чем любые аналоги, включая синапсы человеческого мозга.
Важно отметить, что элементы сохраняют стабильность и не разрушаются в течение миллионов циклов. Это объясняется тем, что протоны, благодаря малым размерам и массе, не повреждают материал. А поскольку фосфосиликатное стекло блокирует электроны, через устройство практически не проходит электрический ток. Соответственно, процессор остается холодным и потребляет мало энергии.
Теперь исследователи планируют улучшить дизайн элементов, чтобы иметь возможность производить их в больших количествах. В будущем это позволит создавать более быстрые и менее энергоемкие компьютеры.
Исследование опубликовано в журнале Science.
