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ECRAM解释:你需要了解的一切

关于ecram的六个事实

  • ecram旨在模拟人类记忆突触,作为纳米技术系统中功耗低的高速ram。
  • 电化学随机存取存储器设计用于神经形态计算,即通过模拟人类生物学特别是人脑的技术进行计算。
  • 目前,用于创建ecram的纳米材料2d钛碳化物mxene仍处于研发阶段。
  • 电化学ram是由绝缘电解质、导电通道、离子储库和金属接触组成的三端设备。
  • ecram单元和纳米级计算机系统仍处于研究阶段,具有重要的前景和潜力。
  • ibm、斯坦福大学、马萨诸塞大学阿默斯特分校和桑迪亚国家实验室是在神经形态计算方面领导ecram纳米技术的研究和开发。

ecram历史

ecram旨在模拟人类记忆突触,作为纳米技术系统中功耗低的高速ram。

桑迪亚国家实验室

2019年,桑迪亚国家实验室与斯坦福大学和马萨诸塞大学阿默斯特分校合作,在共面有机多级单元的发现上发表了一份报告。研究团队使用导电存储桥设备,演示了3 x 3阵列的并行编程。

该演示中的单个单元显示具有1 mhz的读/写周期。

快速事实

创建日期
2019年
创建者
ibm,斯坦福大学
最初用途
用于人工智能深度神经网络的突触记忆
成本
研发阶段,目前不出售

国际商业机器公司(ibm)

ibm也在2019年提交了一份关于ecram单元的报告。研究团队使用金属氧化物ecram单元,在2 x 2阵列中展示了并行编程和寻址。

该演示中的单个单元显示具有10纳秒的写脉冲速度。

ecram:工作原理

操作原理

利用非易失性存储器降低数据存储和处理单元之间数据传输的频率。ecram单元的使用方式相同,通过消除冯·诺依曼瓶颈,提供更快的计算时间和较低的功耗成本。

基本上,ecram是一种模拟大脑记忆突触的纳米技术。这使得可以创造出不仅非常小而且非常强大的计算系统。计算机不再由硅芯片和组件之间的导体构成,而是每个组件都由类似自然生物学中的细胞组成。

ecram功能

从原理上讲,电化学ram的功能与ram相同。它保存非易失性存储器,供处理单元访问,无需访问数据存储器。实际上,电化学ram单元是数字记忆突触。这看起来像是科幻小说,但是ecram单元可以排列成多级阵列,以实现与传统计算机工程师熟悉的开关过程类似的功能。

写入

由于ecram是以单元而不是较大的组件组织的,因此内存的编程不是通过元素的容量或不透明度来进行的。相反,通过与应力ecram栅极的原子种类相关的通道电导率的变化来测量。

简单来说,ecram单元上施加固定电流以将离子从或朝向电解质通道驱动,从而对ecram单元施加应力。在电解质通道中,电荷电流与自由载流子一起转移。当电流插入通道时,离子电荷被中和,所使用的原子种类被插入或与导电载体阵列结合。

读取

由于多级单元结构,ecram的读取功能通过与写入功能不同的结构来执行。这允许读取操作在有限的干扰下进行。

速度

由于ecram单元的大小和电化学性质,ecram单元的编程速度可以在纳秒内完成。ecram单元操作速度不受物理带宽限制,而受到电导率、栅极电容和电流类型的限制。

阵列

ecram单元阵列以伪交叉布局放置。每个单元与行或列中的其他设备共用一个栅极访问线。这样,在通道和栅极电极之间的离子交换过程中发生了电化学电位的变化。由于电化学电位与阵列的关系,存在一个开路电位。

由于组件非常小,共用一个栅极线的阵列中的单元之间的串扰会通过一个隔离器件来防止,该隔离器件与存储元件串联。

ecram:历史意义

人工智能

ai的计算能力、速度和性能取决于软件和硬件限制。随着一大批开发人员不懈努力地改进ai的功能性能,最大的限制是由于其运行的硬件的限制。一段时间以来,解决ai过程扩展的问题是通过云计算或分布式网络来实现的。

要真正实现ai的最佳性能,硬件需要达到类似人类生物学的水平。这就是对纳米材料和纳米技术进行深入研究的重要性所在。2d钛碳化物mxene是一种被大量研究用于高速、低功耗突触内存的材料。对于ai来说,突触内存可以彻底改变技术的格局。专为ai学习任务和分类设计的深度神经网络(dnn)可能成为任务导向的伪ai和完全可操作的hal之间的区别。

纳米技术

虽然ai是当前信息技术时代的重要标志,但房间里有一个更大的问题。纳米技术依赖于用于智能手机、笔记本电脑、台式机、平板电脑、视频游戏机和其他计算机系统的相同类型的系统设计。好处是工程师对如何制造这些系统有很好的理解。缺点是创建可以塑造成任何大小或形状的纳米尺寸组件的难度。

纳米计算机在可穿戴设备上的应用是无限的。从触觉纹理到健康监测技术再到结构工程,纳米技术可以在任何情况下使用。在我们拥有所需的材料科学来创建和维护稳定可编程的纳米机器之后,它至少将能够实现。ecram和用于创建它的2d钛碳化物mxene是纳米技术进步的关键组成部分。

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