科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表了下一代人工智能（AI）存儲(chǔ)設(shè)備的突破性研究，揭示了電化學(xué)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ECRAM）的工作機(jī)制。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)有望顯著提升智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等設(shè)備的AI性能，并延長(zhǎng)電池使用壽命。這一進(jìn)展標(biāo)志著AI硬件向高效能、低能耗邁出了重要一步。

AI技術(shù)的發(fā)展對(duì)數(shù)據(jù)處理需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，而現(xiàn)有的計(jì)算系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理分離，導(dǎo)致了大量的時(shí)間和能源消耗。為了解決這一問題，“內(nèi)存計(jì)算”概念應(yīng)運(yùn)而生。它支持直接在內(nèi)存中進(jìn)行計(jì)算，從而消除了數(shù)據(jù)移動(dòng)的需求，實(shí)現(xiàn)了更快、更高效的運(yùn)算過程。ECRAM作為實(shí)現(xiàn)“內(nèi)存計(jì)算”的關(guān)鍵技術(shù)，使用離子運(yùn)動(dòng)來(lái)存儲(chǔ)和處理信息，允許連續(xù)的模擬型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

然而，理解ECRAM復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其高電阻氧化物材料的特性一直是個(gè)挑戰(zhàn)，這限制了其商業(yè)化進(jìn)程。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于氧化鎢的多端結(jié)構(gòu)ECRAM器件，并利用“平行偶極線霍爾系統(tǒng)”，成功觀察到了從超低溫（-223℃，50K）到室溫（300K）條件下ECRAM內(nèi)部的電子動(dòng)力學(xué)行為。這是首次發(fā)現(xiàn)ECRAM內(nèi)的氧空位能夠產(chǎn)生淺供體態(tài)，為電子提供了快速移動(dòng)的“捷徑”。

這項(xiàng)研究表明，ECRAM不僅增加了電子數(shù)量，更重要的是創(chuàng)造了一個(gè)促進(jìn)電子傳輸?shù)沫h(huán)境，即使在極低溫度下也能保持穩(wěn)定，顯示了其出色的穩(wěn)健性和耐用性。

該研究的重大意義在于通過實(shí)驗(yàn)詳細(xì)闡明了ECRAM在不同溫度下的開關(guān)機(jī)制，為ECRAM技術(shù)的商業(yè)化鋪平了道路。

總編輯圈點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)在處理數(shù)據(jù)時(shí)，需要頻繁在內(nèi)存和處理器間搬運(yùn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致速度慢、耗電高。于是，“內(nèi)存計(jì)算”的概念應(yīng)運(yùn)而生，它省去了數(shù)據(jù)搬運(yùn)環(huán)節(jié)，直接在內(nèi)存中進(jìn)行計(jì)算。ECRAM正是實(shí)現(xiàn)“內(nèi)存計(jì)算”的關(guān)鍵技術(shù)。此次，研究團(tuán)隊(duì)通過特殊實(shí)驗(yàn)裝置，觀察到ECRAM的電子動(dòng)力學(xué)行為，闡明了其在不同溫度下的運(yùn)行機(jī)制。ECRAM的電子傳輸機(jī)制具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，這意味著其未來(lái)可在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用，具有商業(yè)化潛力。