A modern számítógépek a Neumann-architektúrán alapulnak, ahol a számítási egység és a memória elkülönül egymástól. Ez az úgynevezett „Neumann-szűk keresztmetszethez” vezet – a memória és a processzor közötti folyamatos adatátvitel szükségességéhez, ami késleltetést generál és növeli az energiafogyasztást. A probléma különösen szembetűnő azoknál a feladatoknál, amelyek gyors és összetett számításokat igényelnek, mint például a képfeldolgozás vagy a mozgásérzékelés.
Az új megoldás kiküszöböli ezt a korlátozást azáltal, hogy a memória- és processzorfunkciókat egyetlen chipbe integrálja. A ferroelektromos anyagok, például a hafnium vagy az alumínium-nitrid használatának köszönhetően a differenciálási műveletek – amelyek többek között a jelelemzésben kulcsfontosságúak – közvetlenül a memóriában végezhetők el. Ezek az anyagok egyedülálló tulajdonsággal rendelkeznek, hogy áram nélkül is megváltoztatják és tárolják az elektromos polarizációt. A ferroelektromos domének váltásakor elektromos jel keletkezik, amely közvetlen indikátora lehet a bemeneti adatok változásainak.
A kutatócsoport egy 40×40-es passzív keresztléc-tömböt hozott létre, amely 1600 ferroelektromos polimer kondenzátorból áll. A tömb nem tartalmaz tranzisztorokat vagy más aktív alkatrészeket. A kondenzátorok nemcsak elektromos töltés formájában tárolják az adatokat, hanem folyamatosan feldolgozzák az egymást követő jelek közötti különbségeket is. Ez azt jelenti, hogy a FeRAM memóriaként és számítási egységként is funkcionál. Sőt, képességeinek demonstrációi kimutatták hatékonyságát a videós mozgásérzékelésben és az első- és másodrendű deriváltszámításokban – amelyek elengedhetetlenek az időbeli adatok elemzéséhez.
A FeRAM egyik legnagyobb előnye a rendkívül alacsony energiafogyasztása. 1 MHz üzemi frekvencián az eszköz mindössze 0,24 femtojoule-t (fJ) fogyaszt differenciálszámításonként. Összehasonlításképpen a modern processzorok, mint például az Intel Core i9-12900 vagy az NVIDIA V100 grafikus kártya, nagyságrendekkel több energiát igényelnek hasonló műveletek elvégzéséhez. Ezáltal a FeRAM ideálisan alkalmas peremhálózati alkalmazásokhoz, azaz az adatok generálásuk helyén történő feldolgozásához – például IoT eszközökhöz, monitorozó rendszerekhez vagy orvosi EEG/EKG-jel analizátorokhoz. A technológia skálázhatóságával is kitűnik. Mivel szilícium kompatibilis, lehetővé teszi nagy méretű (1 Gbit feletti) tömbök tömeggyártását, amelyek képesek komplex differenciálszámítások elvégzésére.
A modern elektronika világában, ahol a gyors, energiahatékony és intelligens megoldások iránti igény folyamatosan növekszik, a FeRAM nem csupán egy új típusú memória – egy új számítástechnikai architektúra potenciális alapja. A memória és a feldolgozás egyetlen chipben történő kombinálásával az eszköz kiküszöböli a hagyományos rendszerek főbb hátrányait, miközben példátlan energiahatékonyságot kínál. Alkalmazásai a peremhálózati számítástechnikában, a mesterséges intelligencia rendszerekben és az orvostechnikai eszközökben jelentősen felgyorsíthatják az intelligens technológiák fejlődését az elkövetkező években.
Tovább a cikkre: ostelsat.hirmondo.hu
