Учёные Национального университета Сингапура заявили о создании молекулярного устройства, которое может быть настроено для выполнения различных вычислительных задач. В перспективе оно сможет использоваться как в системах для периферийных вычислений, так и в мобильных устройствах, обеспечивая при этом низкое потребление энергии.
Сингапурские учёные работали над проектом при поддержке Индийской ассоциации развития науки, Hewlett Packard Enterprise, Университета Лимерика (Ирландия), Университета Оклахомы (США) и Техасского университета A&M (США). В результате на свет появился новый молекулярный мемристор или электронное запоминающее устройство, обладающее «исключительной реконфигурируемостью памяти». В основе современных электронных устройств, отмечают авторы, лежат полупроводниковые логические схемы, переключатели на которых жёстко фиксированы на выполнении определённых логических операций. Новая технология позволяет быстро изменять конфигурацию схем посредством приложения напряжения, что в перспективе сможет изменить основы архитектуры проектирования чипов. В результате полупроводниковые компоненты нового поколения смогут обеспечить более высокую производительность.
Глава исследовательской группы доцент А. Ариандо (A. Ariando) прокомментировал проект: «Новое открытие может способствовать развитию периферийных вычислений как высокотехнологичного вычисления в памяти для преодоления [проблемы] «бутылочного горлышка» фон Неймана — задержки в обработке данных, наблюдаемой во множестве цифровых технологий из-за физического разделения памяти и процессора».
Источником вдохновения при работе над проектом послужил человеческий мозг. «Подобно гибкости и адаптивности связей в человеческом мозге наше устройство памяти может реконфигурироваться в процессе работы для выполнения различных вычислительных задач простым приложением напряжения. Более того, подобно нервным клеткам, хранящим воспоминания, одно и то же устройство может сохранять информацию для последующего вызова и обработки», — рассказал об изобретении С. Госвами (S. Goswami), старший научный сотрудник университета.
В своём предыдущем проекте господин Госвами разработал систему, состоящую из центрального металлического атома, связанного с органическими молекулами, способными обеспечивать передачу до шести электронов, создавая таким образом пять молекулярных состояний. Взаимосвязь между этими состояниями стала основной концепцией, которая определила способность к реконфигурации молекулярного устройства. Была создана электрическая цепь, способная при приложении различных дискретных последовательных напряжений производить молекулярный переход между состояниями «включено» и «выключено». Система была адаптирована для классической схемы «если — то — иначе» (if-then-else), которая используется при программировании.
При испытании системы авторы проекта давали ей реальные вычислительные задачи, в результате чего удалось продемонстрировать, что некоторые сложные вычисления она осуществляла в один шаг, после чего изменялась конфигурация, и система адаптировалась к следующему заданию. Один модуль такой молекулярной памяти в результате осуществлял те же вычислительные функции, что и тысячи транзисторов, при этом показывая более высокую производительность при сниженном потреблении энергии. Наиболее эффективным, таким образом, это изобретение окажется в смартфонах и различных сенсорах — там, где мощности ограничены. В настоящий момент на данных компонентах учёные создают готовые к работе электронные устройства, на которых можно будет запускать симуляции и проводить замеры в бенчмарках.
