Die Weltneuheit! Das Tsinghua-Team hat den „Memristor-Chip“ erfolgreich entwickelt!

Kürzlich entwickelte das Team von Professor Wu Huaqiang und Associate Professor Gao Bin von der School of Integrated Circuits der Tsinghua-Universität den weltweit ersten vollständig integrierten Memristor-Speichercomputerchip, der effizientes On-Chip-Lernen unterstützt (Maschinelles Lernen kann direkt auf der Hardwareseite abgeschlossen werden), basierend auf dem Memory-Computing-in-One-Computerparadigma. Dies hat einen großen Durchbruch auf dem Gebiet der Memristor-Speicher-Computerchips ermöglicht, die On-Chip-Lernen unterstützen, und dürfte die Entwicklung künstlicher Intelligenz, autonomen Fahrens, tragbarer Geräte und anderer Bereiche vorantreiben. Die entsprechenden Ergebnisse wurden in der aktuellen Ausgabe von Science online veröffentlicht.

Der Chip enthält alle Schaltungsmodule, die für die Unterstützung eines vollständigen On-Chip-Lernens erforderlich sind, und hat die Verifizierung verschiedener inkrementeller On-Chip-Lernfunktionen wie Bildklassifizierung, Spracherkennung und Steuerungsaufgaben erfolgreich abgeschlossen. Er weist die Eigenschaften einer hohen Anpassungsfähigkeit, hohen Energieeffizienz, hohen Vielseitigkeit und hohen Genauigkeit auf und verbessert so effektiv die Lernanpassungsfähigkeit intelligenter Geräte in tatsächlichen Anwendungsszenarien. Bei derselben Aufgabe beträgt der Energieverbrauch dieses Chips zum Erreichen des On-Chip-Lernens nur 3 % des Energieverbrauchs des anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreissystems (ASIC) mit fortschrittlicher Technologie, was hervorragende Vorteile hinsichtlich der Energieeffizienz aufweist. Es verfügt über ein großes Anwendungspotenzial, um den hohen Rechenleistungsanforderungen des Zeitalters der künstlichen Intelligenz gerecht zu werden, und bietet einen innovativen Entwicklungspfad, um den Engpass bei der Energieeffizienz der traditionellen Von-Neumann-Computerarchitektur zu überwinden.

Über Memristoren

Memristor, der vollständige Name lautet Speicherwiderstand. Aus diesen beiden Wörtern können wir grob auf seine Funktion schließen. Der erste, der das Konzept des Memristors vorschlug, war der chinesisch-amerikanische Wissenschaftler Shaotang Cai, der zu dieser Zeit an der University of California in Berkeley lehrte. Wir schreiben das Jahr 1971. Als Professor Tsai, der an der University of California in Berkeley lehrte, die Beziehung zwischen Ladung, Strom, Spannung und magnetischem Fluss untersuchte, gelangte er zu dem Schluss, dass es neben Widerständen, Kondensatoren und Induktoren eine weitere Komponente geben müsse, die die Beziehung zwischen Ladung und magnetischem Fluss darstellt. Die Wirkung dieser Komponente besteht darin, dass sich ihr Widerstand mit der Menge des durch sie fließenden Stroms ändert, und selbst wenn der Strom stoppt, bleibt ihr Widerstand auf seinem vorherigen Wert, bis sie einen Strom in die entgegengesetzte Richtung erhält, der sie zurückdrängt.

Einfach ausgedrückt ist ein Memristor ein nichtlinearer Widerstand mit Speicherfunktion. Sein Widerstand kann durch Steuerung der Stromänderung geändert werden. Wenn ein hoher Widerstand als „1“ und ein niedriger Widerstand als „0“ definiert wird, kann dieser Widerstand die Funktion der Datenspeicherung realisieren. Tatsächlich handelt es sich um einen nichtlinearen Widerstand mit Speicherfunktion.

Nehmen wir als Analogie eine gewöhnliche Wasserleitung: Die Stromstärke ist die Menge des durchfließenden Wassers und der Widerstand ist die Dicke der Wasserleitung. Wenn Wasser aus einer Richtung fließt, wird die Wasserleitung mit zunehmender Fließgeschwindigkeit immer dicker. Wenn der Wasserfluss abgestellt wird, bleibt die Dicke der Wasserleitung unverändert; Umgekehrt wird die Wasserleitung immer dünner, wenn das Wasser aus der entgegengesetzten Richtung fließt. Da sich derartige Bauelemente an die zuletzt durchflossene Stromstärke „erinnern“, heißen sie Memristoren.

Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Energieverbrauchs eignen sich Memristoren sehr gut zum Speichern und Verarbeiten von Informationen. Die Arbeitslast eines Memristors entspricht der Wirkung, die von einem Dutzend Transistoren in einem CPU-Chip erzeugt wird.

Umfassende Quellen: Science and Technology Daily, Science Encyclopedia