Исследователь из ЛЭТИ Наталья Андреева рассказала о развитии нового класса материалов для создания компьютеров будущего
Ведущий научный сотрудник научно-образовательного центра «Нанотехнологии» СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Наталья Владимировна Андреева рассказала порталу «Истовый инженер», как работают мемристоры – новый класс материалов для электротехники и где они применяются сегодня.
Развитие современной компьютерной техники ориентировано на повышение производительности обработки информации. Среди приоритетных направлений усовершенствования традиционных компьютерных систем – увеличение числа ядер процессора при снижении их энергопотребления и увеличении производительности, переход к многопоточным вычислениям, а также использование инфраструктуры облачных вычислений.
«Существует два подхода к организации высокопроизводительных систем нового поколения: вычисления в оперативной памяти и вычисления рядом с памятью. Отдельно от них рассматриваются нейроморфные вычисления, отправной точкой для зарождения которых можно считать момент, когда было обнаружено функциональное сходство процессов, протекающих в транзисторах и нейронах (клетки нервной системы). С тех пор ведутся работы, направленные на создание нейроморфных датчиков, сенсоров и автономных электронных устройств, в которых обработка информации осуществляется нейронными алгоритмами, реализованными «в железе», – рассказывает Наталья Владимировна Андреева.
Однако для обеспечения работы нейроморфных систем требуется новая элементная база, так как использование существующей повышает сложность, что сводит на нет все преимущества нового подхода: увеличение производительности при снижении электропотребления.
Сегодня в качестве перспективной компонентной базы для нейроморфных устройств учеными рассматриваются мемристоры – электрические элементы, способные изменять своё сопротивление в зависимости от протекшего через него электрического заряда и «запоминать» свое состояние даже при отключенном энергоснабжении. Эта особенность может использоваться для создания более эффективных ячеек памяти. Кроме того, свойства мемристоров в перспективе открывают возможность для отказа от загрузки системы компьютера: в памяти компьютера, отключённого от питания, будет храниться его последнее состояние.
«Если архитектуру нейроморфного модуля реализовать на основе мемристорных технологий, это позволит ускорить высокопараллельные вычисления при снижении потребляемой мощности за счет интеграции в одном элементе вычислительных процессов и памяти. Энергонезависимость мемристивной памяти делает возможным реализацию асинхронного режима работы нейроморфных архитектур», – добавляет Наталья Владимировна Андреева.
По ее словам, в РФ исследования в сфере мемристорной логики ведутся в таких научных центрах, как НИЦ «Курчатовский институт», ННГУ им. Н. И. Лобачевского, КФУ и ВлГУ. Кроме того, изучение мемристоров активно проводится исследователями СПбГЭТУ «ЛЭТИ»: университет совместно с учеными из Японии еще в 2014 году приступил к разработке и созданию нейроморфных мемристорных компьютерных платформ. В рамках этих работ удалось получить инновационные мемристорные структуры на основе последовательности тонких слоев оксидов титана и алюминия. Результаты работы позволили объяснить различные эффекты, происходящие в мемристорах, и вызвали интерес со стороны ведущих мировых научных коллективов.