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)境影響且能長期儲存數(shù)據(jù)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
● 為了該技術的實際開發(fā)，TDK正與日本東北大學創(chuàng)新集成電子系統(tǒng)研發(fā)中心（CIES）通力協(xié)作，共同開展半導體流程中的原型設計
TDK株式會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。通過模擬人腦高效節(jié)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(tǒng)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（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將與日本東北大學創(chuàng)新集成電子系統(tǒng)研發(fā)中心合作開展此項技術的實際開發(fā)工作。
近年來，隨著AI技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化轉型（DX）持續(xù)推進，預計利用大數(shù)據(jù)和AI技術的能源消耗將大幅增加，并致使某些問題更加突出——例如與海量數(shù)據(jù)的計算處理有關的復雜性以及不斷增加的、與AI發(fā)展有關的電力消耗等。TDK將持續(xù)努力，致力解決此類社會和環(huán)境問題。
配備4個陶瓷封裝的AI電路板
人腦的運行功耗約為20W，這使得其能夠做出比現(xiàn)有數(shù)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(tǒng)存儲元件以數(shù)字0或1的形式存儲數(shù)據(jù)，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，但它們都面臨著各式各樣的問題，如電阻隨時間變化、難以控制數(shù)據(jù)的精確寫入以及需要實施控制措施以確保數(shù)據(jù)得以保留等。TDK的“自旋憶阻器”成功解決了這些問題，且有望通過減少現(xiàn)有設備的漏電流問題，降低電力消耗，同時實現(xiàn)免受環(huán)境變化影響和長期數(shù)據(jù)存儲。
為了實現(xiàn)這一目標，TDK于2020年開始與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個元件 x 2組x4個芯片）的AI電路，并通過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。在前述演示過程中，即使以任意比例混合三種類型的聲音（音樂、演說和噪聲），電路始終能夠實時學習并分離此三種聲音。在一般的機器學習過程中，AI運行是基于AI模型此前受訓時的數(shù)據(jù)進行的，但TDK的設備卻具備在不斷變化的環(huán)境中實時學習的獨特能力。
既已證實 “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)階段推進到下一階段，即實際應用階段。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在制造與憶阻器類似的MRAM產(chǎn)品的過程已經(jīng)實現(xiàn)了這一集成，此次決定攜手MRAM研發(fā)領域的領先學術機構——日本東北大學，合作開展集成技術研發(fā)。
CEA高級研究員Marc Duranton博士評論道：
“TDK和CEA之間有著驚人的協(xié)同效應，雙方特長相輔相成，共同促進了極具創(chuàng)造性和建設性的合作。此次雙方開展的合作研究為研發(fā)更加可持續(xù)、可靠和高效的解決方案開創(chuàng)了新局面，以滿足不斷增長的現(xiàn)代AI應用需求。”
日本東北大學CIES主任遠藤哲郎博士評論道：
“對未來信息化社會而言，AI半導體至關重要，而提高AI處理能力和降低電力消耗等社會問題亟待解決。為解決這一社會需求，TDK融合憶阻器和自旋電子學技術的AI半導體研發(fā)項目尤為重要。我們將運用日本東北大學的學術知識以及12英寸原型產(chǎn)線的制造技術，為該項目提供最大支持?！?/p>
術語
● 自旋電子學：同時利用電子電荷和自旋或單獨利用自旋元件的技術
主要特點與優(yōu)勢
● 可將AI計算的電力消耗降低百倍的技術
● 運用自旋電子學技術的“自旋憶阻器”
● 創(chuàng)新“自旋憶阻器”可解決傳統(tǒng)憶阻器所面臨的可靠性問題
● 目標旨在通過產(chǎn)業(yè)、學界和政府之間的國際性合作，解決與AI有關的社會問題
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