Ученые разработали адаптивный транзистор для оптимизации скорости передачи данных

Новый мемтранзистор может снизить энергопотребление ИИ-чипов

Исследователи Корейского института передовых технологий KAIST разработали программируемый полупроводниковый элемент, который способен аппаратно регулировать скорость реакции в зависимости от темпа поступающих данных. Эта технология может стать основой для создания более энергоэффективных ИИ-чипов, используемых в роботах, беспилотных автомобилях, носимой электронике и других устройствах, требующих обработки информации в реальном времени.

Новый компонент, получивший название PDM (Programmable Dynamic Memtransistor) — это программируемый динамический мемтранзистор. Он объединяет функции транзистора и элемента памяти: выполняет вычисления и одновременно сохраняет заданные параметры без необходимости постоянного питания.

Основное отличие PDM от обычных полупроводниковых устройств заключается в возможности программировать скорость его реакции на входной сигнал. У традиционных компонентов характеристики фиксированы после изготовления, тогда как PDM можно настроить для работы с быстро или медленно изменяющимися данными.

Для систем, обрабатывающих информацию из реального мира, это особенно критично. Например, датчики робота могут одновременно зафиксировать резкое движение, продолжающееся доли секунды, и медленное изменение положения объекта. Обычным системам необходимо компенсировать такую разницу с помощью программных решений, что увеличивает вычислительную нагрузку и потребление энергии.

В PDM эта задача частично была перенесена на аппаратный уровень. В структуре транзистора используются два функциональных слоя: один отвечает за накопление и обработку электрического заряда, а второй захватывает электроны и определяет, насколько быстро устройство возвращается в исходное состояние после получения сигнала.

Изменяя характеристики слоя захвата электронов, исследователи смогли регулировать время восстановления тока примерно в пять раз. При этом рабочую частоту элемента удалось изменить более чем в десять раз.

Настройки PDM сохраняются без постоянного энергоснабжения. После программирования мемтранзистор продолжает функционировать с заданной скоростью реакции, что позволяет выполнять часть адаптации к характеру данных без привлечения программного обеспечения.

Во время испытаний PDM использовался для обработки временных рядов, содержащих одновременно быстрые и медленные изменения. В отдельных тестах ошибка прогнозирования оказалась до 40 раз ниже, чем у традиционного полупроводникового элемента с фиксированной скоростью реакции.

Исследователи также создали массив из нескольких PDM, настроенных на различные временные характеристики. Это позволило системе параллельно анализировать сигналы, изменяющиеся с различной скоростью, и извлекать информацию сразу в нескольких временных масштабах.

По данным KAIST, экспериментальный массив приблизился по точности к традиционным системам, выполняющим аналогичный анализ с помощью программных методов, но при значительно меньшем потреблении энергии. Однако точные показатели расхода энергии в представленном описании не упоминаются.

Работу технологии проверили на данных рукописного ввода и движении объектов с разной скоростью. PDM способен адаптировать свои характеристики в зависимости от динамики входного сигнала.

Разработка была создана командой KAIST при участии исследователей Semiconductor R&D Center компании Samsung Electronics. Авторы подчеркивают, что PDM совместим с материалами, уже используемыми в современной полупроводниковой промышленности, что потенциально может упростить его дальнейшее внедрение в производство.

Источник