Wissenschaftlern des IBM-Forschungszentrums in Rüschlikon ist es gelungen, zufällig feuernde Neuronen aus Phase-Change-Material herzustellen, wie es in einer Mitteilung heisst. Ähnlich wie Neuronen im menschlichen Hirn könne Phase-Change-Neuronen Daten speichern und verarbeiten. Gemäss Mitteilung habe man mit dem jüngsten Erfolg einen bedeutenden Schritt in der Erforschung von energieeffizienten neuromorphen Computern, in denen Speicher- und Verarbeitungseinheiten sehr dicht integriert sind, gemacht. Solche sogenannten Neurocomputer stellen einen Ansatz dar, um grosse Datenmengen, insbesondere bei IoT- oder Cognitive-Computing-Anwendungen, viel effizienter und schneller zu verarbeiten.
"Seit mehr als einem Jahrzehnt erforschen wir nun Phase-Change-Materialien für Speicheranwendungen und unsere Fortschritte in den letzten zwei Jahren sind beachtlich. In dieser Zeit wurden neue Memory-Technologien entwickelt, wie Projected Memory und Multi-Bit-PCM mit 3 Bits pro Zelle. Nun haben wir Phase-Change-Neuronen demonstriert, die verschiedene elementare Berechnungen wie die Erkennung von Datenkorrelationen und nicht überwachte Lernprozesse mit grosser Geschwindigkeit und geringem Stromverbrauch durchführen können", soDr. Evangelos Eleftheriou,
IBM Fellow und Leiter des Departementes Cloud & Computing Infrastructure bei IBM Research – Zürich.
Die künstlichen Neuronen bestehen aus Germanium-Antimon-Tellurid, das zwei stabile Zustände aufweist: einen amorphen mit geringer Leitfähigkeit und einen kristallinen mit hoher Leitfähigkeit. Aus diesem Material werden etwa wiederbeschreibbare Blu-ray DVDs hergestellt. Die künstlichen Neuronen speichern Informationen allerdings nicht digital sondern analog. Stimuliert werden die Neuronen durch eine Reihe von elektrischen Impulsen, die das Material kristallisieren lassen, bis das Neuron das Signal schliesslich weiterleitet. Um schnelle und komplexe Signale zu verarbeiten, haben die Forscher zudem hunderte künstliche Neuronen in Gruppen angeordnet.
Die künstlichen Neuronen überstanden nachweislich Milliarden von Schaltzyklen, was einem mehrjährigen Betrieb bei einer Update-Frequenz von 100 Hz entspricht. Für jedes Update – also jeden einzelnen elektrischen Impuls – wurden weniger als fünf Pikojoule und durchschnittlich weniger als 120 Mikrowatt verbraucht. Die jedem Neuron zugrundeliegende Phase-Change-Zelle wurde in 90-nm-Technologie gefertigt.
(abr)
