Un componente di memoria elettrochimico ad accesso casuale (ECRAM) realizzato con carburo di titanio 2D. Credito: Mahiar Hamedi
I ricercatori del KTH Royal Institute of Technology e della Stanford University hanno fabbricato un materiale per componenti di computer che consente la fattibilità commerciale di computer che imitano il cervello umano.
I componenti di memoria ad accesso casuale elettrochimico (ECRAM) realizzati con carburo di titanio 2D hanno mostrato un potenziale eccezionale per integrare la tecnologia dei transistor classica e contribuire alla commercializzazione di potenti computer modellati sulla rete neurale del cervello. Tali computer neuromorfici possono essere migliaia di volte più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai computer di oggi.
Questi progressi nell’informatica sono possibili a causa di alcune differenze fondamentali rispetto all’architettura informatica classica in uso oggi e all’ECRAM, un componente che agisce come una sorta di cellula sinaptica in una rete neurale artificiale, afferma il professor Max Hamedi del KTH.
“Invece dei transistor accesi o spenti e della necessità che le informazioni vengano trasportate avanti e indietro tra il processore e la memoria, questi nuovi computer si basano su componenti che possono avere più stati ed eseguire calcoli in memoria”, afferma Hamedi .
Gli scienziati di KTH e Stanford si sono concentrati sulla sperimentazione di materiali migliori per la costruzione di un ECRAM, un componente in cui la commutazione avviene inserendo ioni in un canale di ossidazione, in un senso simile al nostro cervello che funziona anche con gli ioni. Ciò che è stato necessario per rendere questi chip commercialmente validi sono materiali che superano la cinetica lenta degli ossidi metallici e la scarsa stabilità alla temperatura della plastica. Il materiale chiave nelle unità ECRAM che i ricercatori hanno fabbricato è denominato MXene, un composto bidimensionale (2D), spesso pochi atomi, costituito da carburo di titanio (Ti3VS2Tx). L’MXene combina l’elevata velocità della chimica organica con la compatibilità dell’integrazione di materiali inorganici in un unico dispositivo che opera al nesso tra elettrochimica ed elettronica, afferma Hamedi.
Il coautore, il professor Alberto Salleo della Stanford University, afferma che gli ECRAM MXene combinano le metriche di velocità, linearità, rumore di scrittura, energia di commutazione e resistenza essenziali per l’accelerazione parallela delle reti neurali artificiali.
“Gli MXenes sono un’interessante famiglia di materiali per questa particolare applicazione in quanto combinano la stabilità della temperatura necessaria per l’integrazione con l’elettronica convenzionale con la disponibilità di un ampio spazio di composizione per ottimizzare le prestazioni, afferma Salleo”
Sebbene ci siano molte altre barriere da superare prima che i consumatori possano acquistare i propri computer neuromorfici, Hamedi afferma che gli ECRAM 2D rappresentano una svolta almeno nell’area dei materiali neuromorfici, portando potenzialmente all’intelligenza artificiale in grado di adattarsi a input e sfumature confuse, come fa il cervello con un consumo di energia migliaia di volte inferiore. Ciò può anche abilitare dispositivi portatili in grado di svolgere attività di elaborazione molto più pesanti senza dover fare affidamento sul cloud.
La ricerca è stata pubblicata in Materiali funzionali avanzati.