Panduan
Baru-baru ini, fisikawan dari Universitas Groningen di Belanda mempelajari memristor, resistor non-linier dengan fungsi memori. Memristor mereka terbuat dari strontium titanate yang diolah dengan niobium, yang meniru cara kerja neuron.
Latar Belakang
Bit di komputer tradisional adalah biner: 0 atau 1. Sebaliknya, neuron di otak memiliki berbagai keadaan internal yang berbeda, yang bergantung pada masukan yang mereka terima. Oleh karena itu, otak dapat memproses informasi dengan cara yang lebih hemat energi daripada komputer.
Neuron (Sumber gambar: Wikipedia)
Otak lebih unggul dari komputer tradisional dalam banyak hal. Sel otak menggunakan lebih sedikit energi, memproses informasi lebih cepat, dan lebih mudah beradaptasi. Cara sel-sel otak merespons rangsangan eksternal bergantung pada informasi yang diterimanya, yang dapat membuat neuron menjadi bersemangat atau terhambat.
Selain itu, keunggulan penting otak dalam komputasi terletak pada arsitekturnya.
Dalam komputer arsitektur von Neumann tradisional, CPU dan memori terpisah satu sama lain, memori bertanggung jawab untuk menyimpan instruksi dan data program, CPU bertanggung jawab untuk menjalankan instruksi dan memproses data terkait, dan data perlu bergerak bolak-balik antara CPU dan memori. Namun, peningkatan kecepatan komputasi CPU yang lebih cepat dan peningkatan kecepatan akses memori yang lebih lambat menyebabkan masalah ketidaksesuaian kecepatan, yang disebut masalah "kemacetan von Neumann" dan "dinding memori". Masalah ini membatasi bandwidth sistem dan meningkatkan konsumsi daya sistem.
Sebaliknya, otak manusia berada dalam keadaan yang saling terhubung sepenuhnya. Logika dan memori dalam otak manusia sangat erat kaitannya, dan kepadatan serta keragamannya miliaran kali lipat dari komputer modern.
Komputasi neuromorfik, juga dikenal sebagai komputasi yang diilhami otak, menghilangkan struktur komputasi yang ditetapkan oleh von Neumann, mensimulasikan proses pemrosesan otak dan memproses informasi, dan mengintegrasikan unit yang bertanggung jawab atas penyimpanan dan pemrosesan data ke dalam chip yang sama. Chip neuromorfik lebih hemat energi, bekerja lebih baik, dan mempelajari data dengan lebih cepat dan lebih efisien.
(Sumber gambar: Wei Lu)
Namun, untuk jaringan saraf generasi berikutnya dan komputasi neuromorfik, unit perangkat keras yang paling menjanjikan adalah: Memristor .
Memristor, nama bahasa Inggris "Memristor", adalah kata campuran dari kata-kata Inggris Memori dan Resistor. Seperti namanya, memristor terkait dengan memori dan resistensi. Orang pertama yang mengajukan konsep memristor adalah Cai Shaotang, seorang ilmuwan China yang mengajar di Universitas Berkeley di Amerika Serikat, pada tahun 1971. Profesor Cai menyimpulkan bahwa harus ada elemen lain selain resistor, kapasitor, dan induktor, yang mewakili hubungan antara muatan listrik dan fluks magnet.
Resistensi simetris secara konseptual, kapasitansi, induktansi dan memristor (Sumber gambar: Wikipedia)
Hambatan dari memristor berubah dengan jumlah arus yang lewat.Bahkan jika rangkaian dimatikan dan arus berhenti, nilai hambatannya akan tetap dipertahankan dan tidak akan kembali ke keadaan semula sampai arus balik lewat. Nilai resistansi dapat diubah dengan mengontrol perubahan arus Jika nilai resistansi tinggi didefinisikan sebagai "1" dan nilai resistansi rendah didefinisikan sebagai "0", resistansi semacam ini dapat mewujudkan fungsi penyimpanan data.
Gambar mikroskop elektron dari array memristor (Sumber gambar: Yeonjoo Jeong / University of Michigan Nanoelectronics Group)
Inovasi
Baru-baru ini, fisikawan Universitas Groningen (UG) di Belanda mempelajari memristor, resistor non-linier dengan fungsi memori. Memristor mereka terbuat dari strontium titanate yang didoping niobium, yang meniru cara kerja neuron.
Bawah, kiri: representasi sederhana dari bagian kecil otak, tempat neuron menerima, memproses, dan mengirimkan sinyal melalui sinapsis. Kanan: Array berbentuk kait, kemungkinan arsitektur yang dapat direalisasikan dengan perangkat ini. Memristor, seperti sinapsis di otak, dapat mengubah konduktivitas listriknya, sehingga melemahkan atau memperkuat koneksi.
(Sumber gambar: Kelompok Penelitian Spintronics Material Fungsional, Universitas Groningen)
Hasil penelitian mereka dipublikasikan di jurnal "Journal of Applied Physics".
teknologi
Penulis pertama makalah dan peneliti di Universitas Groningen, Anouk Goossens, menguji memristor yang terbuat dari strontium titanate yang didoping niobium. Konduktivitas memristor dikontrol secara analog oleh medan listrik. Goossens berkata: "Kami menggunakan kemampuan sistem untuk mengalihkan resistansi, mengontrol resistansi dengan menerapkan pulsa voltase, dan menggunakan voltase rendah untuk membaca arus di berbagai status. Kekuatan pulsa menentukan resistansi perangkat. Rasio resistansi yang dapat kami capai setidaknya 1000, dan kemudian ukur apa yang terjadi dari waktu ke waktu. "Goossens sangat tertarik pada perubahan status resistensi dari waktu ke waktu.
Dia mengamati durasi denyut dari resistensi yang ditetapkan dan menilai berapa lama "memori" dapat bertahan. Durasi denyut nadi antara 1 detik dan 2 menit, dan "memori" berlangsung antara 1 jam dan 4 jam. Lebih lanjut, dia menemukan bahwa setelah 100 siklus peralihan, material tersebut tidak menunjukkan tanda-tanda "kelelahan".
Penulis pertama makalah Anouk Goossens (Sumber gambar: Universitas Groningen)
nilai
Goossens berkata: "Dengan melakukan ini, Anda dapat mencapai hal-hal yang berbeda. Dengan melatih 'perangkat dengan cara yang berbeda, menggunakan pulsa yang berbeda, kita dapat mengubah perilakunya. Perlawanan dari waktu ke waktu juga berharga. Sistem ini Akan lupa, seperti otak. Ini memungkinkan saya menggunakan waktu sebagai parameter. "
Selain itu, peralatan yang diproduksi oleh Goossens menggabungkan memori dan kemampuan pemrosesan di perangkat yang sama. Arsitektur ini lebih efisien daripada arsitektur komputer tradisional Dalam arsitektur tradisional, penyimpanan (hard disk magnetik) dan pemrosesan (CPU) dipisahkan.
Sebelum menggunakan perangkat yang dia rancang untuk membuat sirkuit seperti otak, Goossens berencana menggunakan eksperimen untuk benar-benar memahami apa yang terjadi pada materi. Dia berkata: "Jika kita tidak dapat secara akurat memahami cara kerjanya, kita tidak dapat menyelesaikan masalah yang mungkin terjadi di sirkuit ini. Oleh karena itu, kita harus memahami sifat fisik material, apa fungsinya? Mengapa demikian?"
Pertanyaan yang ingin dijawab Goossens termasuk parameter apa yang mempengaruhi keadaan yang dicapai. "Jika kita membuat 100 perangkat semacam itu, apakah mereka akan bekerja dengan cara yang sama? Jika berbeda, maka ada perbedaan di antara perangkat tersebut. Namun, ini belum tentu menjadi masalah, lagipula, semua komponen di otak belum tentu sama."
Kata kunci
Memristor, komputasi seperti otak, teknologi penyimpanan
Referensi
[1] https://www.rug.nl/sciencelinx/nieuws/2018/10/20181020_goossens
[2]
- Kesepakatan George terus-menerus ditunda, dan Cavalier hanyalah angan-angan. Siapakah pemilik emas yang sebenarnya?
- Beijing Guoan tidak tahu harus memilih yang mana saat membeli bantuan asing. Bekas tiran lokal telah menjadi target baru
- Berani dan berhati-hati, berani mengambil resiko, menggiring orang kaya, sekarang profesi ini tidak lagi