Des chercheurs de Cambridge développent un memristor à oxyde d'hafnium pour des puces IA à faible consommation

Nouveau matériau pour puces neuromorphiques

Des chercheurs de Cambridge ont développé un dispositif nanoélectronique utilisant de l'oxyde d'hafnium qui agit comme un mémristor stable et à faible consommation d'énergie, conçu pour imiter les connexions neuronales du cerveau humain. Ce travail, publié dans Science Advances, aborde les défis de consommation énergétique du matériel d'IA actuel.

Comment cela fonctionne

Contrairement aux systèmes d'IA conventionnels qui font transiter les données entre des unités de mémoire et de traitement séparées, cette approche inspirée du cerveau stocke et traite l'information au même endroit. L'équipe de Cambridge a créé un film mince à base d'hafnium qui commute les états différemment des mémristors existants.

La plupart des mémristors reposent sur des filaments conducteurs à l'intérieur d'un matériau en oxyde métallique, qui se comportent de manière imprévisible et nécessitent des tensions élevées. Le dispositif de Cambridge utilise plutôt une méthode de croissance en deux étapes avec ajout de strontium et de titane pour former de minuscules portes électroniques (jonctions p-n) là où les couches se rencontrent.

Cela permet au dispositif de modifier sa résistance en douceur en déplaçant la hauteur d'une barrière énergétique à l'interface, plutôt qu'en faisant croître ou rompre des filaments. Le chercheur principal, le Dr Babak Bakhit, note : "Comme nos dispositifs commuent à l'interface, ils présentent une uniformité exceptionnelle d'un cycle à l'autre et d'un dispositif à l'autre."

Indicateurs de performance

• Courants de commutation environ un million de fois plus faibles que les dispositifs conventionnels à base d'oxyde
• Produit des centaines de niveaux de conductance distincts et stables
• Potentiel de réduction de la consommation énergétique de l'IA jusqu'à 70 % par rapport au matériel actuel
• Excellente stabilité et uniformité sur les cycles de commutation

Les chercheurs soulignent qu'un matériel d'IA efficace nécessite des dispositifs avec des courants extrêmement faibles, une excellente stabilité, une uniformité exceptionnelle et la capacité de commuter entre de nombreux états distincts. Cette approche de mémristor à oxyde d'hafnium semble répondre à ces exigences tout en résolvant le problème d'aléatoire des filaments qui a limité les technologies de mémristor précédentes.