TDK成功研發(fā)出用于神經(jīng)形態(tài)設備的“自旋憶阻器”
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● TDK成功研發(fā)出免受環(huán)境影響且能長(cháng)期儲存數據的“自旋憶阻器”
● 與CEA合作，“自旋憶阻器”已被證明可以作為神經(jīng)形態(tài)設備的基本元件
● 為了該技術(shù)的實(shí)際開(kāi)發(fā)，TDK正與日本東北大學(xué)創(chuàng )新集成電子系統研發(fā)中心（CIES）通力協(xié)作，共同開(kāi)展半導體流程中的原型設計
● 此次研發(fā)是TDK與CEA及日本東北大學(xué)的國際合作成果
TDK株式會(huì )社近日宣布其已成功研發(fā)出一款超低能耗的神經(jīng)形態(tài)元件——自旋憶阻器。通過(guò)模擬人腦高效節能的運行模式，該元件可將人工智能（AI）應用的能耗降至傳統設備的百分之一。與法國研究機構原子能和替代能源委員會(huì )（CEA）合作，TDK證明了其“自旋憶阻器”可以作為神經(jīng)形態(tài)設備的基本元件。今后，TDK將與日本東北大學(xué)創(chuàng )新集成電子系統研發(fā)中心合作開(kāi)展此項技術(shù)的實(shí)際開(kāi)發(fā)工作。
近年來(lái)，隨著(zhù)AI技術(shù)的不斷發(fā)展，數字化轉型（DX）持續推進(jìn)，預計利用大數據和AI技術(shù)的能源消耗將大幅增加，并致使某些問(wèn)題更加突出——例如與海量數據的計算處理有關(guān)的復雜性以及不斷增加的、與AI發(fā)展有關(guān)的電力消耗等。TDK將持續努力，致力解決此類(lèi)社會(huì )和環(huán)境問(wèn)題。
配備4個(gè)陶瓷封裝的AI電路板
人腦的運行功耗約為20W，這使得其能夠做出比現有數字AI處理器更加復雜的決策，但功耗要低得多。因此，TDK的目標是研發(fā)出一款能夠以電子方式模擬人腦突觸的設備：憶阻器。傳統存儲元件以數字0或1的形式存儲數據，而“自旋憶阻器”則可以用作模擬存儲元件，與人腦相仿。如此，該元件便能以超低能耗運行復雜的計算。盡管神經(jīng)形態(tài)設備的憶阻器并非新生事物，但它們都面臨著(zhù)各式各樣的問(wèn)題，如電阻隨時(shí)間變化、難以控制數據的精確寫(xiě)入以及需要實(shí)施控制措施以確保數據得以保留等。TDK的“自旋憶阻器”成功解決了這些問(wèn)題，且有望通過(guò)減少現有設備的漏電流問(wèn)題，降低電力消耗，同時(shí)實(shí)現免受環(huán)境變化影響和長(cháng)期數據存儲。
為了實(shí)現這一目標，TDK于2020年開(kāi)始與CEA合作。在CEA的支持下，我們成功研發(fā)出一款配備“自旋憶阻器”（3個(gè)元件 x 2組x4個(gè)芯片）的AI電路，并通過(guò)聲分離演示驗證其能夠成功運行，充分證明“自旋憶阻器”可以作為AI電路的基本元件。在前述演示過(guò)程中，即使以任意比例混合三種類(lèi)型的聲音（音樂(lè )、演說(shuō)和噪聲），電路始終能夠實(shí)時(shí)學(xué)習并分離此三種聲音。在一般的機器學(xué)習過(guò)程中，AI運行是基于A(yíng)I模型此前受訓時(shí)的數據進(jìn)行的，但TDK的設備卻具備在不斷變化的環(huán)境中實(shí)時(shí)學(xué)習的獨特能力。
既已證實(shí) “自旋憶阻器”可以用作神經(jīng)形態(tài)設備的基本元件，TDK將把這一項目從基礎研發(fā)階段推進(jìn)到下一階段，即實(shí)際應用階段。該產(chǎn)品的生產(chǎn)制造需要集成半導體和自旋電子制造工藝。TDK在制造與憶阻器類(lèi)似的MRAM產(chǎn)品的過(guò)程已經(jīng)實(shí)現了這一集成，此次決定攜手MRAM研發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先學(xué)術(shù)機構——日本東北大學(xué)，合作開(kāi)展集成技術(shù)研發(fā)。
CEA高級研究員Marc Duranton博士評論道：
“TDK和CEA之間有著(zhù)驚人的協(xié)同效應，雙方特長(cháng)相輔相成，共同促進(jìn)了極具創(chuàng )造性和建設性的合作。此次雙方開(kāi)展的合作研究為研發(fā)更加可持續、可靠和高效的解決方案開(kāi)創(chuàng )了新局面，以滿(mǎn)足不斷增長(cháng)的現代AI應用需求?！?/p>
日本東北大學(xué)CIES主任遠藤哲郎博士評論道：
“對未來(lái)信息化社會(huì )而言，AI半導體至關(guān)重要，而提高AI處理能力和降低電力消耗等社會(huì )問(wèn)題亟待解決。為解決這一社會(huì )需求，TDK融合憶阻器和自旋電子學(xué)技術(shù)的AI半導體研發(fā)項目尤為重要。我們將運用日本東北大學(xué)的學(xué)術(shù)知識以及12英寸原型產(chǎn)線(xiàn)的制造技術(shù)，為該項目提供最大支持?！?/p>
術(shù)語(yǔ)
● 自旋電子學(xué)：同時(shí)利用電子電荷和自旋或單獨利用自旋元件的技術(shù)
主要特點(diǎn)與優(yōu)勢
● 可將AI計算的電力消耗降低百倍的技術(shù)
● 運用自旋電子學(xué)技術(shù)的“自旋憶阻器”
● 創(chuàng )新“自旋憶阻器”可解決傳統憶阻器所面臨的可靠性問(wèn)題
● 目標旨在通過(guò)產(chǎn)業(yè)、學(xué)界和政府之間的國際性合作，解決與AI有關(guān)的社會(huì )問(wèn)題
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