توسعه ابررایانه‌های مغزمانند با مصرف انرژی کمتر/ محاسبات پیچیده کارآمدتر می‌شود

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، محققان از تکنیک‌های جدید میکروسکوپ الکترونی فوق سریع برای ردیابی تغییرات میلی ثانیه‌ای در یک ماده در طول پالس الکتریکی استفاده کرده‌اند.

تیمی در آزمایشگاه ملی آرگون (ANL) وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) در حال انجام این آزمایش‌ها هستند تا با استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی، شکل بهینه تری از اَبَرمحاسبات نسل آینده را توسعه دهند.

به لطف تکنیک جدید، آنها دو روش پیش‌تر مشاهده نشده را تعیین کردند که در آن الکتریسیته می‌تواند وضعیت امواج چگالی بار را دستکاری کند.

دنیل دورهام، پژوهشگر پسادکتری در آزمایشگاه ملی آرگون، در بیانیه‌ای گفت: پاسخ ذوب چگونگی فعال شدن نورون‌ها در مغز را تقلید می‌کند، در حالی که پاسخ ارتعاشی می‌تواند سیگنال‌های شلیک نورون مانند را در یک شبکه عصبی ایجاد کند.

اَبَرمحاسبات کم مصرف

ابرکامپیوتر‌های امروزی به قدری به انرژی نیاز دارند که برای تامین انرژی هزاران خانوار کافی خواهد بود. در پاسخ، دانشمندان از شبکه‌های عصبی مصنوعی برای ایجاد ابرمحاسبات نسل بعدی استفاده می‌کنند که از نظر مصرف انرژی کارآمدتر هستند.

این شبکه‌ها از بلوک‌های سازنده اصلی مغز انسان یعنی نورون‌ها تقلید می‌کنند. برای دستیابی به این تقلید می‌توان از مواد خاصی مانند امواج چگالی بار استفاده کرد.

الکترون‌ها که ذراتی با بار منفی هستند، در الگو‌های همبسته‌ای حرکت می‌کنند که شبیه به امواج هستند. این الگو‌ها امواج چگالی بار نامیده می‌شوند.

مقاومت در برابر تحرک الکترون در ماده توسط امواج چگالی بار افزایش می‌یابد. اگر بتوان این امواج را کنترل کرد، می‌توان مقاومت را به سرعت روشن و خاموش کرد.

محققان می‌گویند این ویژگی می‌تواند برای سنجش فوق دقیق و پردازش بامصرف انرژی بهینه‌تر استفاده شود. اما چگونگی رخ دادن این تغییر نامشخص است، به خصوص با در نظر گرفتن اینکه امواج بین حالت‌ها تنها در ۲۰ میلیاردم ثانیه منتقل می‌شوند.

کنترل موج چگالی بار

محققان یک تکنیک میکروسکوپی جدید را برای مطالعه امواج چگالی بار توسعه دادند.

آن‌ها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی فوق سریع دینامیک نانوثانیه را در ماده‌ای به نام «۱T - TaS۲» یک سولفید تانتالوم که امواج چگالی بار را در دمای اتاق تشکیل می‌دهد، مشاهده کردند.

این تیم دو الکترود را به یک تکه سولفید تانتالوم متصل کردند تا پالس‌های الکتریکی تولید کنند. برخلاف فرضیات قبلی، میکروسکوپ الکترونی فوق سریع دو یافته غیرمنتظره را نشان داد.

اول، امواج چگالی بار به دلیل گرمای حاصل از جریان تزریق شده، به جای خود جریان بار، حتی در طول پالس‌های نانوثانیه ذوب می‌شوند. دوم، پالس‌های الکتریکی ارتعاشات استوانه مانندی را در ماده ایجاد می‌کنند و آرایش امواج را تغییر می‌دهند.

محققان می‌گویند که این یافته‌ها نشان دهنده روش‌های جدیدی است که در آن‌ها الکتریسیته می‌تواند وضعیت امواج چگالی بار را دستکاری کند. پاسخ ذوب شبیه فعال سازی نورون در مغز است، در حالی که پاسخ ارتعاشی می‌تواند سیگنال‌های شلیک نورون مانند را در یک شبکه عصبی شبیه سازی کند.

به گفته محققان، این تکنیک روش جدیدی برای مطالعه فرایند‌های سوئیچینگ الکتریکی فراهم می‌کند. خواص نانومقیاس «۱T - TaS۲» آن را به ماده‌ای امیدوارکننده برای دستگاه‌های میکروالکترونیک نسل بعدی تبدیل می‌کند.

به گفته چاروداتا فتاک، دانشمند مواد و معاون رئیس بخش در آزمایشگاه ملی آرگون، این رویکرد جدید نتایجی با پتانسیل گسترده برای میکروالکترونیک‌های کم مصرف فراهم کرد.

فتاک گفت: درک مکانیسم‌های اساسی چگونگی کنترل این امواج چگالی بار مهم است، زیرا این می‌تواند برای کنترل خواص آن‌ها به مواد دیگر اعمال شود.