Computers kunnen in de toekomst energiezuiniger zijn, dankzij nieuw onderzoek van Binghamton University, Staatsuniversiteit in New York.

Apparaten zoals drones zijn afhankelijk van een constant wifi-signaal - als de wifi stopt, de drone crasht. Louis Pijper, universitair hoofddocent natuurkunde en directeur materiaalkunde en techniek aan de Binghamton University, wil energiezuinigere computers maken, dus dingen als drones kunnen reageren op hun omgeving zonder zich zorgen te maken over een wifi-signaal dat het koppelt aan een grotere computermachine.

"Je zou overal 5G en 6G kunnen plaatsen en ervan uitgaan dat je altijd een betrouwbare internetverbinding hebt, of u kunt het probleem met hardwareverwerking aanpakken, dat is wat we doen, " zei Piper. "Het idee is dat we deze chips willen hebben die alle functies in de chip kunnen overnemen, in plaats van berichten heen en weer te sturen met een soort grote server. Zo moet het efficiënter kunnen."

Wetenschappers hebben 'neuristor'-circuits ontwikkeld die zich op dezelfde manier gedragen als biologische neuronen in het menselijk brein, die complexe berekeningen kan uitvoeren met een ongelooflijk kleine hoeveelheid stroom. Recenter, een essentieel onderdeel van dit neuristorcircuit is gemaakt met behulp van niobiumdioxide (NbO ₂ ), die het schakelgedrag repliceert dat wordt waargenomen in ionenkanalen in biologische neuronen. deze NbO ₂ apparaten worden gemaakt door een grote spanning aan te leggen over een niet-geleidend niobiumpentoxide (Nb ₂ O ₅ ) film, waardoor de vorming van geleidend NbO ₂ filamenten die verantwoordelijk zijn voor het belangrijke schakelgedrag. Helaas, dit hoogspannings- en tijdrovende postfabricageproces maakt het bijna onmogelijk om de dichte circuits te creëren die nodig zijn voor complexe computerprocessors. In aanvulling, deze NbO ₂ apparaten hebben een extra begeleidende condensator nodig om goed te kunnen functioneren in het neuristorcircuit, waardoor ze complexer en onpraktischer worden om uit te voeren.

"Een van de grootste problemen die we hebben met het maken van deze systemen is het feit dat je deze stap van elektroformeren moet doen, "zei Piper. "Net als bij het monster van Frankenstein, je pulseert in feite een grote hoeveelheid elektriciteit door het materiaal, en plotseling wordt het een actief element. Dat is niet erg betrouwbaar voor een technische stap met fabricage. Dat is niet hoe we dingen doen met siliciumtransistors. We vinden het leuk om ze allemaal te fabriceren en dan werken ze meteen." Georgia Tech-onderzoekers hebben Nb . gemaakt ₂ O ₅ x-gebaseerde apparaten die vergelijkbaar gedrag van de gecombineerde NbO . reproduceren ₂ /condensatorpaar zonder dat er extra energie nodig is. De onderzoekers van Binghamton verifieerden het mechanisme dat werd voorgesteld. Deze vonst, zei Pijper, zou kunnen leiden tot goedkopere, energiezuinig, en high-density neuristorcircuits dan voorheen mogelijk was, het versnellen van de weg naar energiezuiniger en aanpasbaar computergebruik.

"We willen materialen hebben die zelf een soort van schakelhandeling hebben, die we dan kunnen gebruiken in dezelfde dimensies waar we het einde ontmoeten met silicium. Het vermogen om te schalen en het vermogen om een ​​soort van alchemie met betrekking tot dit elektroformingproces te verwijderen, maakt het echt meer in lijn met hoe we tegenwoordig halfgeleidende verwerking doen; dit maakt het betrouwbaarder. Je kunt hier een neuristor van bouwen, en omdat je het elektroformeren niet nodig hebt, het is betrouwbaarder en waar je een industrie op kunt bouwen."

Nu ze de modellen hebben geverifieerd, Piper en zijn team willen weten wat er aan de hand is in het apparaat dat in werking is.

"De echte inspanning bij Binghamton was om te proberen te modelleren, vanuit een atomair oogpunt, de aard van deze staten, hoe ze ontstaan ​​uit natuurkunde en scheikunde, en ook in plaats van alleen naar de inerte materialen te kijken en deze vervolgens te correleren met de prestaties van het apparaat, kunnen we eigenlijk zien hoe deze toestanden evolueren terwijl we het apparaat bedienen?" zei Piper.

De krant, "Schaalbare memdiodes die rectificatie en hysterese vertonen voor neuromorfe computers, " werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .