科技日報記者 張夢然

韓國浦項科技大學(xué)團隊在最新一期《自然·通訊》雜志上發(fā)表了下一代人工智能（AI）存儲設(shè)備的突破性研究，揭示了電化學(xué)隨機存取存儲器（ECRAM）的工作機制。未來，這項技術(shù)有望顯著提升智能手機、平板電腦和筆記本電腦等設(shè)備的AI性能，并延長電池使用壽命。這一進展標(biāo)志著AI硬件向高效能、低能耗邁出了重要一步。

AI技術(shù)的發(fā)展對數(shù)據(jù)處理需求的指數(shù)級增長，而現(xiàn)有的計算系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲和處理分離，導(dǎo)致了大量的時間和能源消耗。為了解決這一問題，“內(nèi)存計算”概念應(yīng)運而生。它支持直接在內(nèi)存中進行計算，從而消除了數(shù)據(jù)移動的需求，實現(xiàn)了更快、更高效的運算過程。ECRAM作為實現(xiàn)“內(nèi)存計算”的關(guān)鍵技術(shù)，使用離子運動來存儲和處理信息，允許連續(xù)的模擬型數(shù)據(jù)存儲。

然而，理解ECRAM復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其高電阻氧化物材料的特性一直是個挑戰(zhàn)，這限制了其商業(yè)化進程。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，研究團隊設(shè)計了一種基于氧化鎢的多端結(jié)構(gòu)ECRAM器件，并利用“平行偶極線霍爾系統(tǒng)”，成功觀察到了從超低溫（-223℃，50K）到室溫（300K）條件下ECRAM內(nèi)部的電子動力學(xué)行為。這是首次發(fā)現(xiàn)ECRAM內(nèi)的氧空位能夠產(chǎn)生淺供體態(tài)，為電子提供了快速移動的“捷徑”。

這項研究表明，ECRAM不僅增加了電子數(shù)量，更重要的是創(chuàng)造了一個促進電子傳輸?shù)沫h(huán)境，即使在極低溫度下也能保持穩(wěn)定，顯示了其出色的穩(wěn)健性和耐用性。

該研究的重大意義在于通過實驗詳細(xì)闡明了ECRAM在不同溫度下的開關(guān)機制，為ECRAM技術(shù)的商業(yè)化鋪平了道路。

總編輯圈點

一般來說，計算機在處理數(shù)據(jù)時，需要頻繁在內(nèi)存和處理器間搬運數(shù)據(jù)，導(dǎo)致速度慢、耗電高。于是，“內(nèi)存計算”的概念應(yīng)運而生，它省去了數(shù)據(jù)搬運環(huán)節(jié)，直接在內(nèi)存中進行計算。ECRAM正是實現(xiàn)“內(nèi)存計算”的關(guān)鍵技術(shù)。此次，研究團隊通過特殊實驗裝置，觀察到ECRAM的電子動力學(xué)行為，闡明了其在不同溫度下的運行機制。ECRAM的電子傳輸機制具有很強的適應(yīng)性，這意味著其未來可在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用，具有商業(yè)化潛力。