(снимка: CC0 Public Domain)
Международен екип от учени създаде и тества изчислително устройство на базата на молекулярни мемристори, което подобно на човешкия мозък е в състояние незабавно да преконфигурира вътрешните връзки чрез препрограмиране на логиката. Технологията се оказа много бърза и енергийно-ефективна.
В разработката на процесора участват учени от Сингапур, Ирландия, САЩ и Индия. Те са успели да преконфигурират „в движение” архитектурата на процесора чрез промяна на приложеното напрежение с цел решаване на различни изчислителни задачи. В статия за разработката, публикувана в последния брой на сп. Nature, учените казват, че по аналогия с нервните клетки на човешкия мозък процесорите с молекулярни мемристори могат да извършват изчисления и да съхраняват информация за бъдещи изчисления.
По подобие на мозъка
За разлика от популярните днес невроморфни процесори с архитектура с „шипова” невронна мрежа (SNN), където връзките между „изкуствените неврони” са постоянни, молекулярният мемристорен процесор има възможност да променя програмно своята хардуерна архитектура.
„Мозъкът има забележителна способност да създава и прекъсва връзки между нервните клетки”, казва д-р Р. Стенли Уилямс, професор в катедрата по електротехника и компютърно инженерство в Тексаския университет A&M. „Постигането на нещо физически сравнимо беше изключително трудна задача. Създадохме силно преконфигурируемо молекулно устройство, което се постига не чрез промяна на физическите връзки, както в мозъка, а чрез препрограмиране на неговата логика”.
Според изследователите, новата технология, базирана на молекулярни мемристори, е в състояние да извършва изчисления с висока скорост и енергийна ефективност, което я прави обещаваща за използване в периферни изчислителни устройства и преносима електроника с ограничен ресурс на мощност.
Молекулярни мемристори
Мемристорите са електронни компоненти, които могат да се трансформират от изолатор в проводник при определена температура и след това да запазят това състояние, което им позволява да извършват изчисления и да съхраняват данни. Въпреки многобройните предимства, традиционните мемристори от метален оксид, като тези, направени от ниобиев диоксид и ванадиев диоксид, съдържат твърде много скъпи редкоземни елементи и работят само в ограничен температурен диапазон.
Сега учените са успели да създадат химическо съединение с централен атом на метал (желязо), който е свързан с три органични молекули (лиганди) на фенилазопиридин. По време на експериментите се оказва, че полученият материал е способен „като електронна гъба” обратимо да абсорбира до шест електрона. С други думи, такъв материал има седем различни редокс състояния, които осигуряват преконфигурируемост на молекулярните мемристори.
Въз основа на този материал изследователите създават миниатюрна електрическа верига от 40-нанометров слой молекулен филм, разположен между слой злато отгоре и нанодиск, напръскан със злато, индиев оксид и калай на дъното.
Прилагайки отрицателен потенциал, учените забелязват уникалната волт-амперна характеристика на материала: за разлика от мемристорите от метален оксид, които могат да преминат от метално състояние в изолационно състояние само при едно фиксирано напрежение, органичните молекулни мемристори са в състояние да превключват между състоянията на изолатор и проводник при няколко варианта на дискретни последователни напрежения.
Оказва се, че промяната на отрицателното напрежение кара лигандите да преминат през поредица от окислителни и редукционни процеси за сметка на електрони, които заставят молекулата да прави преход между изключено и включено състояние.
За да представят математически този много сложен волт-амперен профил, учените се отклоняват от традиционното използване на физически уравнения и описват поведението на молекулите, използвайки алгоритми на дървото за намиране на решения с условни изявления „if-then-else”.
Освен това, по време на експеримента изследователите доказват, че изобретените от тях молекулярни мемристори са способни да извършват доста сложни изчисления в една времева стъпка и след това да се препрограмират, за да изпълнят друга задача в следващия тактов цикъл.
Приложения
Според авторите на проекта, хиляди традиционни транзистори ще бъдат необходими за изпълнение на същите изчислителни функции, които едно от техните молекулярни устройства изпълнява с различни дървета на решения.
Учените очакват новата технология да стане широко разпространена в областта на разработките на енергийно-ефективна независима памет, в икономически ефективни бързи изчисления, базирани на реконфигурируеми молекулярни процесори, в нови поколения смартфони, сензори и други устройства с ограничен ресурс от енергия.
Непосредствените планове на екипа включват разработка на нови електронни устройства на базата на молекулярни мемристори, както и привличане на нови участници в проекта за задълбочено моделиране и тестване на технологията.
6 коментара
Ми задръстени са ви мозъците бе пичове! По времето на великите географски открития всяка експедиция си е имала нещо като художник викали му естествоизпитател. Изучава, описва, рисува, категоризира – един лев за изкуство не щете да дадете, на мисиите до Антарктида няма художник – има климатолози, биолози, географи, инжинер някой да построи база, готвач има – ама художник няма!
Магнетизъм глава първа – ако магнит превърнат в елетромагнит получи електростатична искра тя води до електронен разряд – тоест всичко над магнитното поле излита от него!
Демокрация било – друг път. Пълна диктатура и тирания и нацизма и порелигиозване на държавата.
Даже през социализма на човека дето измисли как да оптимизира шлаката от Кремиковци за основа на Хемус му дадоха парична награда!
То това са неща дето изобщо котленските ви мозъци не им се занимава, няма пари в тях – нали кой ще измисля нов нож, ново изкуство, ново колело. Кой ще помисли върху налягането на земната кора и вакуумното налягане в нефтените и газови и шистови находища и как практически да бъде уползотворено за поправка на екосистемите, както и кой ще ви каже какво да използвате, което общодостъпно за да извадите водата от долу, кой ще направи теоретичния прототип на електростатично електромагнитен двигател в безатмосферна и безгравитационна среда и кой ще формулира петата антропоморфна форма! Маловажни неща? Нито едно от тях не е маловажно – всяко едно за минало, настояще, бъдеще е безценно. И аз не съм Перлман и си искам парите. А колажа … Колажа е бонус и прелюдия за нещо друго …
Ето пример – всяко е емпатично алтруистично същество на тая планета след като съм решил три проблема от световно и цивилизационно значение ще дойда да пита – абе тоя човек добре ли е? Пари има ли си? Здрав ли е? Той направи три грамадни крачки, а ние сме ебати неблагодарниците! Машината ще направи друго ще каже ок веднага се прилагат, но тая машина е непотребна вече, ще строим нова!
Ако преди един играч и то играчът, който е самата игра можа да бие алгоритъма на Мъск, с тази технология нито един няма да може. Биоенергетиката на мозъка е много по-бавна от електрическата неорганична структура …. Не трябва да го правите това…защото задължително ще попадне в грешните ръце, които ще го използват срещу други хора!
Значи едно е да измисля бегача на дълги разстояния с електростатично електромагнитно ускорение на бионичен принцип имайки предвид размерите на вселената , друго е бионичен мозък.
Едното е нож за оцеляване, другото е водородна бомба.
Говориш ми за нещо, което ви е забранено да правите, най-вече поради етични причини. Наподобява жив истински неврон това наподобява. Има нещо в цялата работа, което за да ми е чиста съвестта ще ви ошамаря, вие зачитате ли органичния живот като цяло и неговите творения или ще стигнем до черното слънце в което роботът е винаги по-добър от човека във всеки аспект. Това е бионик и то най-опасният тип, който ще превърне всички ни в остарял модел, а неграмотността ще е до тавана. Развитие на човека или развитие на машината. Хърбърт, Франк е казал К’во ще стане ако машините скочат това поколение. Джурасик парк има теза да го направите, че не си задавате въпроса дали трябва да го направите. Малко бионика е ок, но бионичен неврон …!!!