二维材料可用于模拟计算机中的大脑突触

研究人员制造的材料使模拟人脑的计算机具有商业可行性。

瑞典KTH皇家理工学院和美国斯坦福大学的研究人员制造了一种二维 材料，该材料可以制造模拟人脑的计算机组件。

由二维碳化钛制成的电化学随机存取存储器 (ECRAM)组件在补充经典晶体管技术方面显示出巨大的潜力，并有助于以大脑神经网络为模型的强大计算机的商业化。这种神经形态计算机的能源效率可能是当今计算机的数千倍。

KTH 副教授 Max Hamedi 说，由于与当今使用的经典计算架构和 ECRAM（在人工神经网络中充当一种突触细胞的组件）存在一些根本性差异，因此计算方面的这些进步是可能的。

Hamedi说：“这些新型计算机不需要开关晶体管，也不需要在处理器和内存之间来回传输信息，而是依赖于具有多种状态的组件，并在内存中执行计算。”。

KTH 和斯坦福大学的科学家们专注于测试更好的材料来制造 ECRAM，ECRAM 是一种通过将离子插入氧化通道来实现电阻性开关的组件，在某种意义上类似于我们的大脑也与离子一起工作。要使这些芯片在商业上可行，需要能够克服金属氧化物动力学缓慢和塑料温度稳定性差的材料。

研究人员制造的ECRAM单元中的关键材料被称为 MXene——是一种二维 (2D) 化合物，只有几个原子厚，由碳化钛 (Ti₃C₂T_x) 组成。 Hamedi 说，MXene在单个器件中结合了有机化学的高速与无机材料的集成兼容性，这个器件在电化学和电子学的结合点上运行。

斯坦福大学的合著者 Alberto Salleo 教授表示，MXene ECRAM结合了人工神经网络并行加速所必需的速度、线性度、写入噪声、开关能量和耐久性指标。

“对于这种特殊应用，MXenes 是一个令人兴奋的材料家族，因为它们结合了与传统电子器件集成所需的温度稳定性，以及优化性能所需的巨大合成空间。”Salleo 说。

虽然在消费者可以购买自己的神经形态计算机之前，还有许多其他障碍需要克服，但 Hamedi 表示，2D ECRAM 至少代表了神经形态材料领域的突破，可能会使人工智能能够适应混乱的输入和细微的差别，就像大脑的能量消耗要小数千倍的情形。这也可以使便携式设备能够在不依赖云的情况下执行更繁重的计算任务。

参考

'High-Speed Ionic Synaptic Memory Based on 2D Titanium Carbide MXene' by Armantas Melianas et al; Advanced Functional Materials 2021

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