科普專欄 / Information

石墨烯成為芯片突破的新希望

芯片作為電子科技產品最核心的部分,它的優劣對產品的質量和數據處理能力有著至關重要的影響力,芯片之爭也一直是各大電子廠商大戰的重要因素。

在傳感器數據的處理上,神經性芯片比馮諾依曼結構芯片更快更好,因此現在這種由晶體管網絡構成的芯片研究已經成了熱門話題之一。

科學家們對於神經形態電路結構的研究已經進行了很多年了,但是關鍵難點就在於如何處理神經元與矽之間的重疊部分,即突觸和邏輯門。從光電子上講就是光子穿過激光晶體管和突觸間隙神經遞質時的跨越處。

普林斯頓大學近期展示了一種石墨烯材質的光學電容器,可以保證光學神經形態電路中激光晶體管更加穩定地工作。

不過依然存在一些關鍵性的差異問題使得人們現在還不能做出任何一款處理器可以像人腦一樣去工作。

芯片中神經元之間是通過電位移動或是峰電位來進行信息的傳遞,峰電位是二進製的,因此就必須在時域就進行對信息的編碼。然而神經元的放電頻率並不被中央時鍾周期所限製,神經元的放電頻率隻有在發送時才會對信息進行編碼。

由於神經元使模擬係統,所以有他們製成的芯片在理論上是可以達到很快的計算速度的。但是,馮·諾依曼結構芯片的時鍾頻率是存在極限值的,因此它被淘汰是早晚的事,必須找到一種計算速度更快的方法來進行替代。

有研究報告顯示,將石墨烯加入到激光之中,可以加速計算。石墨烯能夠捕獲光子,變成一種光學電容器。那麼電容器就會以這樣的方法進行遞增,激光也就可以以皮秒的速度嗖嗖嗖地飆升。

IEEE表示:石墨烯是一種非常理想的飽和吸附體,可以以非常快的速度吸收並釋放光子,並且還能夠在任何波長下進行工作,不管是什麼顏色的激光都可以被完美吸收,並互相之間沒有幹擾。換而言之,這樣的“石墨烯海綿”可以更好地吸收電子,且同時輸出不同波長的光子。同時還能互不幹擾。

在摩爾定律的最後,模擬神經元和神經回路的的設計理念可以使得處理器的功耗更低,可伸縮性更強。光電子學中,光導纖維和激光晶體管是實現這一理念的理想方法,畢竟光子比電子的移動速度更快。

自然科學報告的最新消息顯示,石墨烯電容器可以使得神經形態的芯片架構與光電子完美地進行結合。

但是,不能忽視的一個問題是:模擬神經形態電路列陣的激光晶體管是否可以以足夠快的速度處理傳感器的數據,這一點還有待考證。

科技的發展之路需要慢慢走,切不可操之過急,一步步將核心問題解決,那麼離最終的目標也就不遠了

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