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涂料中发现的材料可能会使技术革命的关键

通过|10月21日,2020年

你从墙上剥下来的油漆碎片也许并不是毫无用处。

图片来源:桑迪亚国家实验室

对于下一代计算机处理器来说,研究人员面临的一个持久的挑战是寻找在更小的规模上制造非易失性存储器的新方法。由于更小的处理器不可避免地会导致空间的有限限制——从而导致处理能力的有限限制——量子计算或摆脱传统硅芯片的新材料被认为能够克服这一障碍。

现在,来自加州桑迪亚国家实验室和密歇根大学的研究人员在先进的材料,在实现对机器学习应用中的处理芯片中的新材料实现解决此问题的解决方案,这使得这些计算机提供了比传统的计算机芯片更多的处理能力。作者想要克服的具体障碍是丝状电阻随机存取存储器(RRAM)的局限性,其中在纳米尺寸的长丝内发生缺陷。该团队依然要创建无细丝批量RRAM单元格。

作者使用的材料是氧化钛或TiO2,可能听起来像一个相当平凡的无机物质到读者不熟悉它,但事实上它比大多数人意识到更常见。如果你曾经看过鲍勃罗斯的精彩绘画的快乐,你可能更熟悉TiO2作为钛白——当用作颜料时的名称。事实上,TiO2不仅在风景画家的调色板上,而且在房屋油漆,清漆和其他涂料中无处不在。它也存在于防晒霜和牙膏中。

重点是,TiO2廉价且容易制造,这也是计算机技术中这种新发现的应用如此令人兴奋的原因之一。

桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratory)的亚历克·塔林(A. Alec Talin)是这篇论文的第一作者,他解释了为什么这种廉价、无毒的物质是他的团队的新型处理芯片的理想材料:“它是一种氧化物,里面已经有氧气了。但如果你取出一些,就会产生所谓的氧空位。事实证明,当你创造氧空位时,你就使这种材料导电。”

这些空缺还可以存储电气数据,是一个关键的成分计算能力。这些氧空位是通过加热具有150℃的氧化钛涂层的计算机芯片,并通过基础电化学,在TiO中的一些氧气2涂层可以被去除,产生氧气空位。

塔林说:“当它冷却下来时,它会存储你编写程序时使用的任何信息。”

此外,他们的TIO2基于处理器不仅提供了一种新的处理数字信息的方式,它也有可能从根本上改变计算机操作的方式。目前,计算机通过将数据存储在一个地方并在另一个地方处理相同的数据。换句话说,在可以处理之前将数据从一个地方移动到另一个地方的能量。

“我们所做的是将加工和存储放在同一个地方,”密歇根大学(University of Michigan)的李益阳(Yiyang Li)说,他是该论文的第一作者。“新的是,我们已经能够以一种可预测和可重复的方式做到这一点。”

这对于机器学习和深度神经网络应用尤其重要,因为这些应用需要大量的计算能力来处理数据,而不是移动数据。

LI解释说:“如果您有自动车辆,请做出关于驾驶的决策消耗大量的能量来处理所有输入。如果我们可以为计算机芯片创建替代材料,他们将能够更有效地处理信息,节省能源和处理更多数据。“

塔林还在日常设备中看到了普遍存在的设备。“想想你的手机,”他说。“如果您想给它一个语音命令,则需要连接到将命令传送到侦听声音的计算机中心集线器的网络,然后发送信号返回告诉您的手机要做什么。通过此过程,语音识别和其他功能在手机中发生。“

在一个数字隐私很重要的时代,让消费者知道敏感数据——比如他们自己的声音——留在他们的手机里,而不是先被发送到“云端”,因为在那里责任和控制不那么明确。

像许多科学进步一样,TiO技术应用的发现2正如鲍勃·罗斯(Bob Ross)所说,这是另一个“愉快的意外”,在现实世界中有积极的应用。

参考:yiyang li等。,无灯丝体积电阻存储器实现确定性模拟开关,先进的材料(2020)DOI:10.1002 / ADMA.202003984

从桑迪亚国家实验室改编的报价新闻稿