石墨烯電容器使光學(xué)神經(jīng)形態(tài)電路中的激光晶體管穩(wěn)定工作
由于神經(jīng)形態(tài)芯片能夠比馮諾依曼結(jié)構(gòu)芯片更快更好地處理傳感器數(shù)據(jù)(如圖像、視頻、聲音等)，所以對(duì)這些由晶體管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的芯片研究成為了新的熱點(diǎn)話題。 多年來，科學(xué)家們一直在嘗試進(jìn)一步探究神經(jīng)形態(tài)的電路架構(gòu)。而其中的難點(diǎn)就在于如何處理神經(jīng)元和硅之間的重疊部分——突觸以及邏輯門。從光電子學(xué)上講，就是光子穿過激光晶體管和突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)時(shí)的跨越處。
如今，普林斯頓大學(xué)的研究人員展示了一種石墨烯材質(zhì)的光學(xué)電容器。這種光學(xué)電容器能夠保證光學(xué)神經(jīng)形態(tài)電路中激光晶體管的穩(wěn)定工作。
但是目前，仍有一些關(guān)鍵性的差異問題在阻礙著人們成功制造出一個(gè)可以像大腦一樣工作的處理器。
例如，我們知道芯片中的神經(jīng)元之間是通過電位移動(dòng)或峰電位來傳遞信息的，而峰電位是非0即1的二進(jìn)制，所以人們必須在時(shí)域就對(duì)信息進(jìn)行編碼。但一個(gè)神經(jīng)元的放電頻率并不僅受限于中央時(shí)鐘周期，而且神經(jīng)元的放電頻率只有在發(fā)送時(shí)才會(huì)對(duì)信號(hào)的強(qiáng)度進(jìn)行編碼。
但是正因?yàn)樯窠?jīng)元是模擬系統(tǒng)，所以在理論上由它們制成的芯片可以達(dá)到非？斓挠(jì)算速度。而馮·諾依曼結(jié)構(gòu)芯片的時(shí)鐘頻率卻是有極限值的，所以早晚有一天會(huì)被淘汰掉，科學(xué)家們必須找到其他方法來使計(jì)算速度更上一層樓。
而最近的一份研究報(bào)告顯示，把石墨烯融入激光之中是一個(gè)可行的解決方案。這將能夠使得石墨烯“捕獲”光子，并把它變成一種光學(xué)電容器。當(dāng)光學(xué)電容器以這種方式遞增時(shí)，激光能夠以皮秒的速度“飆升”。
IEEE指出：“事實(shí)證明，石墨烯是一個(gè)非常理想的飽和吸收體。因?yàn)樗軌蛞苑浅？斓乃俣任詹⑨尫殴庾，而且它還能在任何波長下工作，所以無論發(fā)射何種顏色的激光都可以被完美吸收，并且還不會(huì)互相干擾。”
也就是說，這種“石墨烯海綿”能夠在激光中更好的吸收光電子，而且還可以被用來同時(shí)輸出多個(gè)不同波長的光子，不會(huì)受到任何干擾。
在摩爾定律的最后，模擬神經(jīng)元和神經(jīng)回路的設(shè)計(jì)理念可以為處理器帶來更為優(yōu)越的功耗比和可伸縮性。在光電子學(xué)中，光導(dǎo)纖維和激光晶體管是實(shí)現(xiàn)這一理念的理想方法，因?yàn)楣庾拥囊苿?dòng)速度比電子更快。
而在最新的自然科學(xué)報(bào)告中表明，石墨烯電容器能夠?qū)⑸窠?jīng)形態(tài)的芯片架構(gòu)和光電子完美結(jié)合。
但不要高興太早，我們可能還要在未來面臨下一個(gè)嚴(yán)峻的問題：模擬神經(jīng)形態(tài)電路陣列的激光晶體管能否有足夠快的速度來處理從傳感器得到的數(shù)據(jù)。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-09-05
