據(jù)美國《每日科學》網(wǎng)站4日報道,美國研究人員在節(jié)能型光電晶體管方面取得突破性進展,研制出一種新型突觸型光電晶體管。這類設備有望幫助計算機在處理視覺信息時更像人腦,可用作自動駕駛車輛等的傳感器。
在這一最新研究中,美國能源部國家可再生能源實驗室(NREL)的研究人員將鈣鈦礦型納米晶體與單壁碳納米管網(wǎng)絡結合,創(chuàng)造出這一新型光電晶體管。鈣鈦礦是一種新型半導體,已被證明能高效地將太陽光轉(zhuǎn)化為電能,并在很多領域顯示出巨大的應用前景。
當研究人員用激光照射新光電管時,發(fā)現(xiàn)了驚人的電反應。研究論文合著者約瑟夫·路德說:“通常情況下,電流吸收光后,會短暫流動一段時間,但在新光電晶體管中,電流會持續(xù)流動。”
這種現(xiàn)象被稱為“持久光電導”,是“光存儲”的一種形式。所謂“光存儲”指照射到設備上的光能可以作為電流存儲在“存儲器”中,這種現(xiàn)象還可以模擬大腦內(nèi)用來儲存記憶的突觸。
通常情況下,持續(xù)的光電導需要低溫和/或高工作電壓,但電流峰值只會持續(xù)一瞬間。而在最新研究中,持久的光電導在室溫下產(chǎn)生電流,并在光關閉后持續(xù)一個多小時。研究還發(fā)現(xiàn),只需低電壓和低光強度就可做到這一點,表明存儲內(nèi)存所需的能量也很低。
科學家們一直致力于研究光學存儲和神經(jīng)形態(tài)計算——用計算機模擬人腦儲存信息的方式,希望創(chuàng)建出能模擬大腦功能的人工神經(jīng)網(wǎng)絡。大腦使用由神經(jīng)元組成的“神經(jīng)網(wǎng)絡”工作,這些神經(jīng)元通過突觸與其他神經(jīng)元相互作用,這種高度互聯(lián)的網(wǎng)絡是大腦能快速高效處理信息的主要原因之一。
研究人員稱,鑒于人腦收集的很多信息都源于視覺感知,新研制出的這些突觸型晶體管可以整合到圖像識別系統(tǒng)中。
研究合作者、詹妮弗·布萊克本表示:“這些傳感器陣列可以接收圖像,結合訓練和學習算法可用于人工智能和機器學習類程序。這類系統(tǒng)有望提高自動駕駛車輛等應用中的能源效率、性能和可靠性。”
總編輯圈點
晶體管無疑是現(xiàn)代電子設備和產(chǎn)品的關鍵要素。但在數(shù)十年神話式發(fā)展之后,晶體管開始面臨越來越高的制造難度——一方面是日益趨近的物理極限,很難繼續(xù)通過原有制造方式大幅提高處理能力;另一方面則是能耗所帶來的巨大挑戰(zhàn)。為克服困境,科學家們開始尋找符合神經(jīng)形態(tài)計算機特性的新材料和新器件,畢竟,人腦才是自然界中兼具了高效與節(jié)能的信息處理系統(tǒng)。現(xiàn)在,突觸型光電晶體管的研究已成為科研界的一大目標,這也是未來構建高效率的神經(jīng)網(wǎng)絡計算機的重要技術參考。
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