Tyrėjai iš TUS ir NIMS Japonijoje sukūrė redokso pagrindu veikiantį jonų blokavimo rezervuarą, kurį sudaro Li.xWO3 plona plėvelė ir ličio jonų laidi stiklo keramika (LICGC). Įvesties vartų įtampa sukelia ličio jonų transportavimą kanale ir elektrolite. Dėl jonų transportavimo greičio skirtumo susidaro užtvarai ir išleidimo srovė, kurios yra rezervuaro būsenos. Autoriai: Dr. Tohru Higuchi iš Tokijo mokslo universiteto, Japonija Fizinės sistemos, žinomos kaip „rezervuarai“, yra sukurtos imituoti neuroninius tinklus ir patenkinti poreikį pagerinti skaičiavimo efektyvumą ir greitį. Išspręsdami ankstesnes problemas, susijusias su tokių rezervuarų sistemų suderinamumu, našumu ir integravimu, Japonijos mokslininkai neseniai sukūrė jonų blokavimo tranzistorių su patobulintomis rezervuaro būsenomis ir trumpalaikės atminties galimybėmis, pagrįstomis redokso reakcijomis. Ši plėtra atveria mums galimybę panaudoti redokso pagrindu veikiančius joninius įrenginius didelio našumo neuromorfiniams skaičiavimams.
Įvykus dideliems proveržiams dirbtinio intelekto, vaizdo atpažinimo ir objektų aptikimo srityse, pastaruoju metu kompiuterijos srityje įvyko nepaprasta revoliucija. Kadangi tai yra duomenimis pagrįsta sritis, efektyvi didelių ir sudėtingų duomenų rinkinių analizė ir apdorojimas yra nepaprastai svarbūs kompiuteriams. Siekdami padidinti duomenimis pagrįstų užduočių efektyvumą ir greitį, mokslininkai tiria galimybę atpažinti sudėtingus modelius ir ryšius, būdingus duomenims kuriant didelio našumo „neuromorfinę“ skaičiavimo technologiją.
Šiuo pažangiausiu metodu siekiama atkartoti smegenų gebėjimą apdoroti informaciją lygiagrečiai ir tarpusavyje. Taip siekiama sukurti mazgų tinklą, galintį paversti duomenis į didelio matmens reprezentacijas, tinkamas sudėtingoms užduotims, tokioms kaip modelio atpažinimas, numatymas ir klasifikavimas.
Fiziniai rezervuarai, panašūs į neuroninius tinklus, priima ir sąveikauja su įvesties signalais arba duomenimis, o jų sudedamosios dalys, būtent neuronai ir jų jungtys, laikui bėgant dinamiškai keičiasi. Šios rezervuaro būsenos atspindi fizinę sistemą tam tikrame taške ir atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį transformuojant įvesties signalus į didelio matmens vaizdus. Tačiau fizinio rezervuaro didelio matmenų užtikrinimas, kad būtų pasiektas pakankamai didelis rezervuaro būsenų skaičius, yra sudėtinga užduotis.
Dabar žurnale paskelbtame tyrime Pažangios išmaniosios sistemostyrėjai iš Japonijos, vadovaujami Tokijo mokslų universiteto (TUS) docento Tohru Higuchi, sukūrė redokso reakcija pagrįstą jonų blokavimo rezervuarą (redox-IGR), kuris gali pasiekti rekordiškai daug rezervuaro būsenų. Dėl šios plėtros daktaras Higuchi kartu su p. Tomoki Wada ir p. Daiki Nishioka iš TUS ir dr. Takashi Tsuchiya ir dr. Kazuya Terabe iš Nacionalinio medžiagų mokslo instituto (NIMS), Japonija, dabar išplėtė galimybę didesnio našumo neuromorfinės skaičiavimo technologijos pavertimas realybe.
Jonų blokavimo rezervuarai susideda iš užtvarų, nutekėjimo ir šaltinio elektrodų ir yra atskirti elektrolitu, kuris veikia kaip terpė, kontroliuojanti jonų srautą. Pritaikius įtampą vartų elektrodui, kanale, jungiančiame šaltinio ir nutekėjimo elektrodus, suaktyvinama redokso reakcija, dėl kurios susidaro nutekėjimo srovė, kurią galima tiksliai moduliuoti. Laiko eilučių duomenų rinkinių konvertavimas į vartų įtampą gali leisti atitinkamoms išėjimo srovėms veikti kaip atskiroms rezervuaro būsenoms.
Šiame tyrime mokslininkai naudojo ličio (Li+) jonams laidi stiklo keramika (LICGC) kaip elektrolitas. LICGC Li+ jonai keliauja greičiau, palyginti su kanalu, todėl susidaro dvi išėjimo srovės – išleidimo srovė ir papildoma vartų srovė, efektyviai padvigubinant rezervuaro būsenų skaičių.
Be to, dėl skirtingų jonų pernešimo kanale ir elektrolito greičių nutekėjimo srovės atsakas vėluoja, palyginti su vartų srove. Šis uždelstas atsakas įgalina trumpalaikę atmintį sistemoje, leidžiančią rezervuarui išsaugoti ir panaudoti informaciją iš praeities įvesties, o tai yra esminis reikalavimas fiziniams rezervuarams.
Norėdami pagaminti šį prietaisą, mokslininkai nusodino 200 nm storio ličio kobalto oksido (LiCoO) plėvelę.2) ant 0,15 mm storio LICGC pagrindo. Vartų elektrodas buvo sudarytas iš plonos ličio jonų / platinos (Pt) plėvelės, o išleidimo ir šaltinio elektrodams buvo naudojamos Pt plonos plėvelės. Kanalas, jungiantis nutekėjimo ir šaltinio elektrodus, buvo sudarytas iš 100 nm storio volframo (VI) oksido (WO)3) plona plėvelė.
„Mes sėkmingai atkūrėme elektrines charakteristikas, panašias į neuronų grandinių charakteristikas, naudodami redokso reakcijas, kurias sukelia Li įterpimas ir desorbcija+ jonų į LixWO3 plona plėvelė“, – aiškina daktaras Higuchi.
Įrenginys, demonstruodamas puikias galimybes, iš viso pasiekė 40 rezervuaro būsenų (20 iš nutekėjimo srovės ir 20 iš vartų srovės). Sprendžiant antros eilės netiesines dinamines lygtis, jis pranoko kitus fizinius rezervuarus, tokius kaip memristoriai ir sukimosi momento įtaisai.
Visų pirma, netiesiškumas, trumpalaikės atminties galimybės ir didelis rezervuaro būsenų skaičius leido įrenginiui atlikti prognozes su maža vidutine kvadratine prognozės paklaida 0,163 atliekant antros eilės netiesinio autoregresyvaus slankiojo vidurkio (NARMA2) užduotį. etaloninis testas, skirtas įvertinti rezervuaro sistemos veikimą atliekant sudėtingas netiesines operacijas ir prognozuoti būsimą laiko eilutės įvesties vertę, remiantis ankstesnėmis įvesties ir išvesties reikšmėmis.
Aiškindamas realias šios plėtros pasekmes, daktaras Higuchi daro išvadą: „Sukurta sistema gali tapti bendros paskirties technologija, kuri ateityje bus įdiegta įvairiuose elektroniniuose įrenginiuose, įskaitant kompiuterius ir mobiliuosius telefonus“.
Daugiau informacijos: Tomoki Wada ir kt., Redoksu pagrįstas jonų blokavimo rezervuaras, naudojant dvigubo rezervuaro būsenas drenažo ir vartų netiesiniuose atsakuose, Pažangios išmaniosios sistemos (2023). DOI: 10.1002/aisy.202300123
Citata: Tyrėjai kuria redokso tranzistorių kaip rezervuaro sistemą neuromorfiniam skaičiavimui (2023 m. liepos 3 d.), gautą 2023 m. liepos 3 d. iš https://techxplore.com/news/2023-07-redox-based-transistor-reservoir-neuromorphic. html
Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.
