Разработана единая мемристорно-сегнетоэлектрическая память для энергоэффективного обучения систем искусственного интеллекта

За последние десятилетия инженеры-электронщики разработали широкий спектр устройств памяти, которые могут безопасно и эффективно хранить всё большие объёмы данных. Однако у различных типов устройств, разработанных на сегодняшний день, есть свои недостатки, которые ограничивают их общую производительность и возможности применения.

Исследователи из Университета Гренобль-Альпы , Университета Бордо и Университета Париж-Сакле разработали новое запоминающее устройство, сочетающее в себе два взаимодополняющих компонента, которые обычно используются по отдельности: мемристоры и сегнетоэлектрические конденсаторы (FeCAPs). Это унифицированное запоминающее устройство на основе мемристоров и сегнетоэлектриков, представленное в статье опубликованной в Nature Electronics, может быть особенно перспективным для работы систем искусственного интеллекта (ИИ), которые самостоятельно обучаются делать всё более точные прогнозы.

«Идеальная» память должна быть энергонезависимой, с высокой плотностью хранения данных, способной к неразрушающему считыванию и практически бесконечной по сроку службы», — рассказала Элиза Вианелло, старший автор статьи.

-«К сожалению, такой памяти пока не существует, и, возможно, она никогда не будет полностью реализована. Чтобы устранить это ограничение, мы поняли, что нужен новый подход, который мог бы объединить преимущества различных устройств памяти».

Изучив компоненты существующих решений для хранения данных, исследователи решили, что FeCAP и мемристоры имеют удивительно похожую структуру, даже несмотря на то, что в их основе лежат совершенно разные физические механизмы. Это в конечном счёте вдохновило их на разработку нового типа памяти, который объединяет функции обоих этих компонентов в одном стеке, что может быть полезно для энергоэффективного обучения и реализации алгоритмов искусственного интеллекта.

FeCAP, второй компонент гибридной системы, разработанной Вианелло и её коллегами, представляет собой запоминающее устройство на основе сегнетоэлектрического материала. Это устройство хранит информацию за счёт обратимой поляризации сегнетоэлектрического материала, которая изменяется под воздействием электрического поля.

«Поскольку для изменения полярности требуется сверхнизкий ток смещения, ферритовые конденсаторы обеспечивают исключительную долговечность и чрезвычайно низкое энергопотребление во время программирования», — сказала Вианелло. - «Наша сегнетоэлектрическая мемристорная память объединяет легированный кремнием HfO? (обычно используемый в сегнетоэлектрических конденсаторах) с титановыми поглощающими слоями (обычно используемыми в мемристорах). В нашей конструкции все устройства изначально ведут себя как сегнетоэлектрические конденсаторы, но благодаря титановому слою могут быть преобразованы в мемристоры с помощью операции электрического формирования.»

По сути, гибридная память, созданная этой группой исследователей, сочетает в себе лучшие характеристики мемристоров и технологии FeCAP. Как и мемристоры, она отлично подходит для логического вывода, поскольку может хранить аналоговые веса, энергоэффективна при операциях чтения и поддерживает вычисления в памяти. Однако благодаря интеграции FeCAP она также поддерживает быстрое обновление с низким энергопотреблением, что идеально подходит для обучения алгоритмов машинного обучения.

Источник: www.nature.com

Комментарии: