Letzten März schlug AlphaGo, das Programm für künstliche Intelligenz (KI), den koreanischen Go-Meister LEE Se-Dol beim asiatischen Brettspiel. „Das Spiel war ziemlich eng, aber AlphaGo verbrauchte 1200 CPUs und 56.000 Watt pro Stunde, während Lee nur 20 Watt verbrauchte. Wenn eine Hardware entwickelt wird, die die menschliche Gehirnstruktur nachahmt, können wir künstliche Intelligenz mit weniger Leistung betreiben“, betont er aus Professor YU Woo Jong. In Zusammenarbeit mit der Sungkyunkwan University haben Forscher des Center for Integrated Nanostructure Physics innerhalb des Institute for Basic Science (IBS) ein neues Speichergerät entwickelt, das von den Neuronenverbindungen des menschlichen Gehirns inspiriert ist. Die in Nature Communications veröffentlichte Studie hebt die äußerst zuverlässige Leistung, die lange Aufbewahrungszeit und die Ausdauer des Geräts hervor. Darüber hinaus machen seine Dehnbarkeit und Flexibilität es zu einem vielversprechenden Werkzeug für die weiche Elektronik der nächsten Generation, die an Kleidung oder Körper befestigt wird.
Das Gehirn ist in der Lage, dank einer großen Anzahl von Verbindungen zwischen Neuronen zu lernen und sich etwas zu merken. Die Informationen, die Sie sich merken, werden als elektrochemisches Signal über Synapsen von einem Neuron zum nächsten übertragen. Inspiriert von diesen Verbindungen konstruierten IBS-Wissenschaftler einen Speicher namens Two-Terminal Tunneling Random Access Memory (TRAM), bei dem zwei Elektroden, die als Drain und Source bezeichnet werden, den beiden kommunizierenden Neuronen der Synapse ähneln. Während gängige mobile Elektronik wie Digitalkameras und Mobiltelefone den sogenannten Flash-Speicher mit drei Anschlüssen verwenden, besteht der Vorteil von Speichern mit zwei Anschlüssen wie TRAM darin, dass Speicher mit zwei Anschlüssen keine dicke und starre Oxidschicht benötigen. „Flash-Speicher ist immer noch zuverlässiger und leistungsstärker, aber TRAM ist flexibler und kann skalierbar sein“, erklärt Professor Yu.
TRAM besteht aus einem Stapel von ein Atom dicken oder einigen Atom dicken 2D-Kristallschichten: Eine Schicht des Halbleiters Molybdändisulfid (MoS2) mit zwei Elektroden (Drain und Source), eine Isolierschicht aus hexagonalem Bornitrid (h-BN) und einer Graphenschicht. Einfach ausgedrückt wird Speicher durch das Fließen von Ladungen durch diese Schichten erstellt (logisch-0), gelesen und gelöscht (logisch-1). TRAM speichert Daten, indem es Elektronen auf seiner Graphenschicht hält. Durch Anlegen unterschiedlicher Spannungen zwischen den Elektroden fließen Elektronen vom Drain zur Graphenschicht, die durch die isolierende h-BN-Schicht tunneln. Die Graphenschicht wird negativ geladen und der Speicher wird geschrieben und gespeichert und umgekehrt, wenn positive Ladungen in die Graphenschicht eingeführt werden, wird der Speicher gelöscht.
IBS-Wissenschaftler wählten die Dicke der isolierenden h-BN-Schicht sorgfältig aus, da sie herausfanden, dass eine Dicke von 7,5 Nanometern es den Elektronen ermöglicht, von der Drain-Elektrode zur Graphenschicht zu tunneln, ohne Lecks und ohne Verlust der Flexibilität.
Flexibilität und Dehnbarkeit sind in der Tat zwei Hauptmerkmale von TRAM. Wenn TRAM aus flexiblem Kunststoff (PET) und dehnbaren Silikonmaterialien (PDMS) hergestellt wurde, konnte es bis zu 0,5 % bzw. 20 % gedehnt werden. In Zukunft kann TRAM nützlich sein, um Daten von flexiblen oder tragbaren Smartphones, Augenkameras, intelligenten Operationshandschuhen und am Körper zu befestigenden biomedizinischen Geräten zu speichern.
Zu guter Letzt hat TRAM eine bessere Leistung als andere Typen von zweipoligen Speichern, die als Phase-Change Random-Access Memory (PRAM) und resistive Random-Access Memory (RRAM) bekannt sind.
