అడాప్టివ్ సెమీకండక్టర్ టెక్నాలజీలో ఒక పెద్ద ముందడుగు

కొరియా అడ్వాన్స్డ్ ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ అండ్ టెక్నాలజీ (KAIST) పరిశోధకులు ఉడుముల యొక్క అనుకూల రంగు మార్చే సామర్థ్యాన్ని అనుకరించే ఒక నవల సెమీకండక్టర్ పరికరాన్ని ఆవిష్కరించారు. ఈ 'ప్రోగ్రామబుల్ మెమ్ట్రాన్సిస్టర్' ఇన్కమింగ్ డేటా రేట్లకు సరిపోయేలా దాని ప్రతిస్పందన వేగాన్ని డైనమిక్గా మార్చగలదు, ఇది లోపాల రేట్లలో నాటకీయమైన 40 రెట్ల తగ్గింపుకు దారితీస్తుంది. ఇటీవలి ప్రచురణలో వివరించబడిన ఈ పురోగతి, నిజ-సమయంలో స్వీయ-ఆప్టిమైజ్ చేసే చిప్లను ప్రారంభించడం ద్వారా కృత్రిమ మేధస్సు నుండి టెలికమ్యూనికేషన్ల వరకు రంగాలను విప్లవాత్మకంగా మారుస్తుందని హామీ ఇస్తుంది.

ప్రొఫెసర్ క్యుంగ్-మిన్ కిమ్ నేతృత్వంలోని బృందం అభివృద్ధి చేసిన ఈ పరికరం, మెమరీ మరియు ట్రాన్సిస్టర్ విధులను ఒకే యూనిట్లో ఏకీకృతం చేస్తుంది, ఇన్కమింగ్ సిగ్నల్స్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ ఆధారంగా దాని విద్యుత్ లక్షణాలను సర్దుబాటు చేయడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ అనుకూలత ఆధునిక కంప్యూటింగ్లో కీలకం, ఇక్కడ డేటా స్ట్రీమ్లు వేగం మరియు తీవ్రతలో విస్తృతంగా మారుతూ ఉంటాయి. సాంప్రదాయ చిప్లు స్థిరమైన ఆపరేటింగ్ పరిస్థితుల కోసం రూపొందించబడ్డాయి, ఇది డేటా రేట్లు హెచ్చుతగ్గులకు లోనైనప్పుడు అసమర్థతలకు మరియు లోపాలకు దారితీస్తుంది. కొత్త మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ దాని వాహకత మరియు థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్ను నిరంతరం ట్యూన్ చేయడం ద్వారా ఈ పరిమితిని అధిగమిస్తుంది, ఉడుము తన చర్మం రంగును తన వాతావరణానికి సరిపోయేలా సర్దుబాటు చేసినట్లుగా.

మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ ఎలా పనిచేస్తుంది

పరికరం యొక్క గుండె వద్ద రెసిస్టివ్ స్విచింగ్ (మెమ్రిస్టివ్) ప్రవర్తనను ట్రాన్సిస్టర్-వంటి యాంప్లిఫికేషన్తో మిళితం చేసే రెండు-టెర్మినల్ నిర్మాణం ఉంది. ఖచ్చితమైన వోల్టేజ్ పల్స్లను వర్తింపజేయడం ద్వారా, పరిశోధకులు నెమ్మదిగా, శక్తి-సమర్థవంతమైన మోడ్ల నుండి హై-స్పీడ్ బరస్ట్ల వరకు వివిధ వేగాలలో పనిచేయడానికి పరికరాన్ని ప్రోగ్రామ్ చేయవచ్చు. ఈ ప్రోగ్రామబిలిటీ మెటల్-ఆక్సైడ్ పొరలో ఆక్సిజన్ ఖాళీల యొక్క నియంత్రిత వలస ద్వారా సాధించబడుతుంది, ఇది పరికరం యొక్క నిరోధకత మరియు కెపాసిటెన్స్ను మారుస్తుంది.

ప్రయోగాలలో, KAIST బృందం మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ వివిధ వేగాలలో డేటాను ప్రాసెస్ చేసేటప్పుడు బిట్ ఎర్రర్ రేట్లను 1.2% నుండి 0.03%కి తగ్గించగలదని ప్రదర్శించింది—ఇది 40 రెట్ల మెరుగుదల. పరికరం దాని రీడ్/రైట్ టైమింగ్ మరియు సిగ్నల్ థ్రెషోల్డ్లను స్వయంచాలకంగా సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఇది సాధించబడింది, విస్తృత శ్రేణి డేటా రేట్లలో నమ్మకమైన ఆపరేషన్ను నిర్ధారిస్తుంది. ఈ పరికరం మెరుగైన శక్తి సామర్థ్యాన్ని కూడా చూపించింది, వేరియబుల్ వర్క్లోడ్లను నిర్వహించేటప్పుడు సాంప్రదాయ చిప్లతో పోలిస్తే 30% వరకు తక్కువ శక్తిని వినియోగిస్తుంది.

New biomarker test is based on technology developed by scientists at WashU Medicine
More in Innovation

లక్షణాలు ఉన్న 40 ఏళ్లు పైబడిన వయోజనుల కోసం అల్జైమర్ బ్లడ్ టెస్ట్‌ను FDA అనుమతించింది

C2N Diagnostics యొక్క PrecivityAD2 కు FDA అనుమతి ఇచ్చింది, దీంతో రక్తాధారిత అల్జైమర్ పరీక్ష 40 ఏళ్ల వయస్సు నుంచే లక్షణాలు ఉన్న రోగులకు విస్తరించింది, ఇది ముందస్తు నిర్ధారణ దిశగా మరో అడుగు.

Read article

AI మరియు ఎడ్జ్ కంప్యూటింగ్కు చిక్కులు

మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క అనుకూల స్వభావం కృత్రిమ మేధస్సు అనువర్తనాలకు ప్రత్యేకించి ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది, ఇక్కడ న్యూరల్ నెట్వర్క్లు తరచుగా వివిధ తీవ్రతల బరస్ట్లలో డేటాను ప్రాసెస్ చేస్తాయి. చిప్ పనితీరును డేటా ప్రవాహానికి డైనమిక్గా సరిపోల్చడం ద్వారా, పరికరం అధిక ఖచ్చితత్వాన్ని కొనసాగించగలదు, అదే సమయంలో శక్తి వినియోగాన్ని తగ్గిస్తుంది. స్మార్ట్ఫోన్లు మరియు IoT సెన్సార్లు వంటి ఎడ్జ్ పరికరాలకు ఇది కీలకం, ఇవి బ్యాటరీ శక్తిపై ఆధారపడతాయి మరియు నిజ-సమయ డేటా యొక్క సమర్థవంతమైన ప్రాసెసింగ్ అవసరం.

ఇంకా, మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ మెమరీ మరియు కంప్యూటింగ్ విధుల మధ్య మారగల సామర్థ్యం ప్రత్యేక మెమరీ మరియు ప్రాసెసర్ యూనిట్ల మధ్య డేటా కదలిక అవసరాన్ని తగ్గించడం ద్వారా మరింత సమర్థవంతమైన ఇన్-మెమరీ కంప్యూటింగ్ ఆర్కిటెక్చర్లను ప్రారంభించగలదు. ఈ 'కంప్యూటేషనల్ RAM' విధానం తదుపరి తరం AI యాక్సిలరేటర్లకు కీలకమైన సామర్థ్యాన్ని కలిగిస్తుంది, వీటికి అధిక బ్యాండ్విడ్త్ మరియు తక్కువ జాప్యం అవసరం.

సాంప్రదాయ చిప్లలో సవాళ్లను అధిగమించడం

సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు వేగం మరియు ఖచ్చితత్వం మధ్య ప్రాథమిక ట్రేడ్-ఆఫ్ను ఎదుర్కొంటాయి. హై-స్పీడ్ ఆపరేషన్ తరచుగా క్రాస్స్టాక్ మరియు టైమింగ్ లోపాలు వంటి సిగ్నల్ సమగ్రత సమస్యలకు దారితీస్తుంది, అయితే నెమ్మదిగా ఆపరేషన్ నిర్గమాంశను తగ్గిస్తుంది. KAIST మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ ఏదైనా ఇచ్చిన డేటా రేటుకు ఆప్టిమైజ్ చేయగల ట్యూనబుల్ ప్రతిస్పందనను అందించడం ద్వారా ఈ గందరగోళాన్ని తప్పించుకుంటుంది. ఇన్కమింగ్ సిగ్నల్ను నిరంతరం పర్యవేక్షించే మరియు పరికరం యొక్క పారామితులను నిజ సమయంలో సర్దుబాటు చేసే ఫీడ్బ్యాక్ మెకానిజం ద్వారా ఇది సాధించబడుతుంది.

The semiconductor can adjust its response to data changing at different speeds.
The semiconductor can adjust its response to data changing at different speeds. Getty

పరీక్షలలో, డేటా రేట్లు 100 కారకం ద్వారా హెచ్చుతగ్గులకు లోనైనప్పటికీ పరికరం 0.1% కంటే తక్కువ బిట్ ఎర్రర్ రేటును నిర్వహించింది, ఇది సాంప్రదాయ చిప్లు సాధించలేని ఘనత. ఈ దృఢత్వం 5G/6G కమ్యూనికేషన్లు, స్వయంప్రతిపత్త వాహనాలు మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ట్రేడింగ్లో అనువర్తనాలకు మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ను అనువైనదిగా చేస్తుంది, ఇక్కడ డేటా స్ట్రీమ్లు అత్యంత వేరియబుల్ మరియు లోపాలు ఖరీదైనవి.

Grey haired woman pointing at her arm
More in Innovation

మధ్యమ వయస్సు తర్వాత ఎక్కువ BMI తక్కువ మరణ ప్రమాదంతో సంబంధముందని అధ్యయనం తెలిపింది

65 ఏళ్లకు పైబడిన వయోజనులపై చేసిన అమెరికా దీర్ఘకాలిక అధ్యయనంలో ఎక్కువ BMI తక్కువ మరణ ప్రమాదంతో సంబంధముందని, కానీ పెద్ద నడుము చుట్టుకొలత మాత్రం ఇంకా ఎక్కువ ప్రమాదంతోనే ఉన్నదని కనుగొన్నారు.

Read article

భవిష్యత్తు దిశలు మరియు వాణిజ్యీకరణ

KAIST బృందం ఇప్పుడు మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ను పరిశ్రమ-ప్రామాణిక పరిమాణాలకు స్కేల్ చేయడం మరియు పెద్ద సర్క్యూట్లలోకి అనుసంధానించడంపై పని చేస్తోంది. పనితీరు మరియు సాంద్రతను మరింత పెంచగల 3D ఆర్కిటెక్చర్లను సృష్టించడానికి బహుళ మెమ్ట్రాన్సిస్టర్లను స్టాక్ చేసే మార్గాలను కూడా వారు అన్వేషిస్తున్నారు. మరింత ఆప్టిమైజేషన్ మరియు తయారీ ప్రక్రియ అభివృద్ధికి లోబడి, ఈ పరికరాన్ని ఐదు సంవత్సరాలలో వాణిజ్యీకరించవచ్చని పరిశోధకులు భావిస్తున్నారు.

ప్రస్తుత ప్రోటోటైప్ మెటల్-ఆక్సైడ్ పదార్థంపై ఆధారపడి ఉన్నప్పటికీ, గ్రాఫేన్ మరియు ట్రాన్సిషన్ మెటల్ డైచాల్కోజెనైడ్లు వంటి 2D పదార్థాలను వేగం మరియు మన్నికను పెంచడానికి బృందం పరిశోధిస్తోంది. ఈ పదార్థాలు సౌకర్యవంతమైన మరియు పారదర్శక ఎలక్ట్రానిక్స్ను కూడా ప్రారంభించగలవు, ధరించగలిగే పరికరాలు మరియు స్మార్ట్ డిస్ప్లేలలో కొత్త అనువర్తనాలను తెరుస్తాయి.

సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమపై విస్తృత ప్రభావం

సెమీకండక్టర్ పరిశ్రమ స్కేలింగ్లో భౌతిక పరిమితులను ఎదుర్కొంటున్న సమయంలో ఈ అభివృద్ధి వస్తుంది, కొత్త కంప్యూటింగ్ నమూనాల కోసం అన్వేషణను ప్రేరేపిస్తుంది. మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ యొక్క అనుకూల సామర్థ్యాలతో ఒకే పరికరంలో మెమరీ మరియు లాజిక్ను కలపగల సామర్థ్యం మరింత సమర్థవంతమైన మరియు బహుముఖ చిప్ల వైపు ఆశాజనకమైన మార్గాన్ని అందిస్తుంది. ఇది బహుళ ప్రత్యేక భాగాల అవసరాన్ని తగ్గించగలదు, సర్క్యూట్ రూపకల్పనను సులభతరం చేస్తుంది మరియు తయారీ ఖర్చులను తగ్గిస్తుంది.

ఇంకా, పరికరం యొక్క అనుకూల స్వభావం 'కాగ్నిటివ్' కంప్యూటింగ్ వైపు పెరుగుతున్న ధోరణికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇక్కడ హార్డ్వేర్ మెదడు యొక్క మారుతున్న పరిస్థితులకు అనుగుణంగా మారే సామర్థ్యాన్ని అనుకరిస్తుంది. ఇది లోతైన సముద్ర అన్వేషణ నుండి అంతరిక్ష యాత్రల వరకు అనూహ్య వాతావరణాలలో పనిచేయగల మరింత బలమైన మరియు స్థితిస్థాపక వ్యవస్థలకు దారితీస్తుంది.

The Françoise, by Craft House, is a mid-sized tiny house that's well-suited to family living
More in Innovation

కుటుంబాల కోసం చిన్న ఇల్లు: క్రాఫ్ట్ హౌస్ యొక్క ఫ్రాంకోయిస్ సమతుల్యతను సాధించింది

క్రాఫ్ట్ హౌస్ యొక్క ఫ్రాంకోయిస్ అనేది రెండు బెడ్‌రూమ్‌లు, నలుగురు నిద్రించే సామర్థ్యం మరియు సరసమైన ధరతో కూడిన మధ్య తరహా చిన్న ఇల్లు, పోర్టబిలిటీని త్యాగం చేయకుండా.

Read article

ముగింపు

KAIST నుండి ఉడుము-ప్రేరేపిత మెమ్ట్రాన్సిస్టర్ సెమీకండక్టర్ టెక్నాలజీలో గణనీయమైన ముందడుగును సూచిస్తుంది. చిప్లు నిజ సమయంలో డేటా వేగానికి అనుగుణంగా మారడాన్ని ప్రారంభించడం ద్వారా, ఇది లోపాలను నాటకీయంగా తగ్గించడమే కాకుండా శక్తి సామర్థ్యాన్ని మరియు బహుముఖ ప్రజ్ఞను పెంచుతుంది. బృందం సాంకేతికతను మెరుగుపరచడం కొనసాగిస్తున్నందున, AI నుండి టెలికమ్యూనికేషన్ల వరకు విస్తృత శ్రేణి పరిశ్రమలను మార్చగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది, తెలివైన మరియు మరింత అనుకూల ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది.

ఈ కథనం ఇంటరెస్టింగ్ ఇంజనీరింగ్ యొక్క రిపోర్టింగ్ ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు కథనాన్ని చదవండి.

Originally published on interestingengineering.com