Des chercheurs fabriquent des portes logiques basées sur des neuristors faits de matériaux 2D

Des chercheurs fabriquent des portes logiques basées sur des neuristors faits de matériaux 2D

Credit: Chen et al.

Les neurones individuels du cerveau humain peuvent effectuer efficacement des opérations dites booléennes ; un type d’opérations algébriques qui incluent l’union, la soustraction et l’intersection. Cependant, les systèmes informatiques qui émulent les neurones biologiques, tels que les systèmes informatiques neuromorphiques, nécessitent généralement plusieurs appareils pour effectuer ces opérations.

Des chercheurs de l’Université Fudan et de l’Académie chinoise des sciences ont récemment développé des neuristors basés sur des matériaux bidimensionnels (2D) capables d’effectuer des opérations logiques individuellement, sans avoir besoin de plusieurs appareils. Ces neuristors, présentés dans un article publié dans Nature Électronique, pourrait permettre le développement de systèmes informatiques bioinspirés plus performants.

« Dans nos travaux précédents, nous avons proposé une architecture de transistors 2D à haute efficacité surfacique qui peut réaliser un calcul logique de photocommutation dans une seule cellule », a déclaré Peng Zhou, l’un des chercheurs qui a mené l’étude, à TechXplore. « Le transistor proposé effectue efficacement le calcul logique linéaire, y compris les opérations OU et ET, mais reste insuffisant pour réaliser le calcul logique non linéaire tel que les opérations XOR et XNOR. »

Des résultats de recherche récents suggèrent qu’un seul neurone humain est capable d’opérations logiques non linéaires. L’objectif principal de l’étude menée par Zhou et ses collègues était de concevoir un seul appareil électronique qui puisse imiter cette capacité de calcul logique non linéaire des neurones individuels dans le cerveau humain.

« Nos neuristors pour portes logiques ont été conçus avec une structure à double porte, utilisant des matériaux 2D comme matériaux de canal », a déclaré Zhou. « Spécialement, nous avons utilisé différentes polarités de matériaux 2D, y compris des caractéristiques de type ambipolaire, de type n et p dans le neuristor pour générer différentes opérations logiques. Par conséquent, un neuristor peut fonctionner comme une seule porte logique. »

Pour évaluer le dispositif qu’ils ont conçu et confirmer sa faisabilité, Zhou et ses collègues ont fabriqué des circuits logiques de demi-additionneur et de contrôleur de parité à l’aide d’un WSe2 neuristor et un MoS2 neuristor dans une configuration à deux transistors et à deux résistances. Ils ont constaté que les circuits résultants offraient une économie de surface de 78% par rapport aux circuits avec une conception plus conventionnelle utilisant MoS2 portes.

« Nous avons démontré un fonctionnement logique non linéaire en utilisant pleinement la caractéristique de type ambipolaire des matériaux 2D, donc les neuristors avec différentes polarités peuvent imiter la capacité de calcul logique d’un seul neurone humain pour un calcul à haute efficacité », a déclaré Zhou. « La faisabilité de ces neuristors a été encore validée en les utilisant pour démontrer un demi-additionneur logique à faible encombrement et un réseau de neurones binaires à haute efficacité. »

Dans une série de simulations où ils ont exécuté un réseau de neurones binaires basé sur un réseau 3D XNOR, les circuits logiques créés par les chercheurs ont atteint une efficacité énergétique de 622,35 téra-opérations par seconde par watt et une consommation électrique de 7,31 mW. À l’avenir, les neuristors et les portes logiques conçues par cette équipe de chercheurs pourraient ainsi être utilisées pour développer des puces de calcul neuromorphiques plus petites, plus efficaces et moins consommatrices d’énergie.

« Nous démontrons la bibliothèque logique basée sur des matériaux 2D avec différentes polarités, tels que MoS2, WS2 et BP, et différents neuristors génèrent différentes opérations logiques », a déclaré Zhou. « Dans une prochaine étape, nous souhaitons ajouter la couche mémoire dans l’architecture des neuristors, afin que la polarité puisse être commutée par les opérations de mémoire au lieu du type de matériaux, ce qui signifie qu’un neuristor générerait différentes opérations logiques. »


Une nouvelle pièce du puzzle de l’informatique quantique


Plus d’information:
Portes logiques basées sur des neuristors fabriqués à partir de matériaux bidimensionnels. Nature Électronique(2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00591-z.

Architecture à transistors à faible encombrement pour logique de photocommutation et mémoire in situ. Nature Nanotechnologie(2019). DOI : 10.1038 / s41565-019-0462-6.

Potentiels d’action dendritiques et calcul dans les neurones corticaux des couches 2/3 humaines. La science(2020). DOI : 10.1126/science.aax6239.

© 2021 Réseau Science X

Citation: Des chercheurs fabriquent des portes logiques basées sur des neuristors faits de matériaux 2D (2021, 2 juillet) récupérés le 2 juillet 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-fabricate-logic-gates-based-neuristors.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.