中國科大超快原型存儲器達(dá)到亞納秒信息寫入速度

記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校李曉光團(tuán)隊基于鐵電隧道結(jié)量子隧穿效應(yīng)，實現(xiàn)了具有亞納秒信息寫入速度的超快原型存儲器，并可用于構(gòu)建存算一體人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，該成果日前發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

在大數(shù)據(jù)時代，海量數(shù)據(jù)的低能耗、快速存儲處理是突破和完善未來人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。為此，迫切需求一種既像SRAM一樣能匹配CPU處理數(shù)據(jù)的速度，又像閃存一樣具備高密度、非易失的信息存儲。如果該存儲器還具有優(yōu)秀的憶阻特性，從而實現(xiàn)人工突觸器件的功能，則可用于構(gòu)建存算一體的計算系統(tǒng)，并有望突破馮諾依曼架構(gòu)，為人工智能提供硬件支持。

研究人員制備了高質(zhì)量鐵電隧道結(jié)，其中鐵電勢壘層厚為6個單胞（約2.4nm）?；谒淼澜Y(jié)能帶的設(shè)計，以及其對阻變速度、開關(guān)比、操作電壓的調(diào)控，該原型存儲器信息寫入速度快至600皮秒、開關(guān)比達(dá)2個數(shù)量級，且其600皮秒的阻變速度在85℃時依然穩(wěn)定；寫入電流密度比目前其他新型存儲器低約3個量級；一個存儲單元具有32個非易失阻態(tài)；寫入的信息預(yù)計可在室溫穩(wěn)定保持約100年；可重復(fù)擦寫次數(shù)達(dá)108-109次，遠(yuǎn)超商用閃存壽命。即使在極端高溫（225℃）環(huán)境下仍能進(jìn)行信息的寫入，可實現(xiàn)高溫緊急情況備用。

該鐵電隧道結(jié)非易失存儲器具有超快、超低功耗、高密度、長壽命、耐高溫等優(yōu)異特性，由于該存儲器還具有憶阻特性，可用于構(gòu)建超快的人工突觸器件，從而用于開發(fā)超快人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存算一體系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬結(jié)果表明，利用該鐵電隧道結(jié)憶阻器構(gòu)建的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于識別MNIST手寫數(shù)字，準(zhǔn)確率可達(dá)90%以上。