아날로그와 디지털: 하나의 에너지로 두 세계의 장점을 모두 누리다

우리는 뇌에서 동시에 처리되고 저장되는 지속적인 정보 흐름의 아날로그 세계에 살고 있지만, 우리의 장치는 정보를 개별 이진 코드 형태로 디지털 방식으로 처리하여 정보를 작은 비트(또는 바이트)로 나눕니다. EPFL 연구원들은 지속적인 아날로그 처리의 잠재력과 디지털 장치의 정밀도를 결합한 선구적인 기술을 공개했습니다. Nature Electronics에 발표된 연구는 초박형 2차원 반도체와 강유전성 재료를 완벽하게 통합함으로써 에너지 효율성을 향상시키고 컴퓨팅에 새로운 기능을 추가하는 새로운 방법을 공개했습니다. 새로운 구성은 전통적인 디지털 로직과 두뇌와 유사한 아날로그 작동을 통합합니다.

더 빠르고 효율적인 전자 장치

Microsystems Laboratory와 협력하여 Nanoelectronics Device Laboratory(Nanolab)의 혁신은 두뇌에서 영감을 받은 기능과 탁월한 음전하 용량 TFET(터널 전계 효과 트랜지스터)를 포함한 고급 전자 스위치를 구현하는 재료의 독특한 조합을 중심으로 이루어졌습니다. 전자 제품의 세계에서 트랜지스터 또는 "스위치"는 전류가 흐르는지(on) 또는 흐르지 않는지(off)를 결정하는 전등 스위치에 비유될 수 있습니다. 이는 이진 컴퓨터 언어의 유명한 1과 0이며, 켜고 끄는 이 간단한 동작은 정보 처리에서 메모리 저장에 이르기까지 전자 장치의 거의 모든 기능에 필수적입니다. TFET는 에너지를 고려한 미래를 염두에 두고 설계된 특별한 유형의 스위치입니다. 켜기 위해 특정 최소 전압이 필요한 기존 트랜지스터와 달리 TFET는 상당히 낮은 전압에서 작동할 수 있습니다. 이 최적화된 설계는 스위칭 시 훨씬 적은 에너지를 소비하므로 통합된 장치의 전체 전력 소비를 크게 줄인다는 것을 의미합니다.

Nanolab의 책임자인 Adrian Ionescu 교수는 "우리의 노력은 이전 성능 벤치마크를 깨뜨린 전자 분야에서 중요한 도약을 의미하며 음전용량 텅스텐 이셀레나이드/주석 이셀레나이드 TFET 및 동일한 기술 내에서 시냅스 뉴런 기능 생성 가능성"

EPFL의 박사과정생인 Sadegh Kamaei는 완전히 공동 통합된 전자 시스템 내에서 처음으로 2D 반도체와 강유전성 재료의 잠재력을 활용했습니다. 2D 반도체는 매우 효율적인 디지털 프로세서에 사용될 수 있는 반면, 강유전성 재료는 메모리를 동시에 지속적으로 처리하고 저장할 수 있는 가능성을 제공합니다. 두 가지 재료를 결합하면 각각의 디지털 및 아날로그 용량을 최대한 활용할 수 있는 기회가 만들어집니다. 이제 위의 비유에서 나온 전등 스위치는 에너지 효율이 더 높을 뿐만 아니라, 켜는 빛이 훨씬 더 밝게 타올 수 있습니다. Kamaei는 "2D 반도체로 작업하고 이를 강유전성 재료와 통합하는 것은 도전적이었지만 엄청난 보람을 느꼈습니다. 우리 연구 결과의 잠재적인 적용은 미래에 우리가 전자 장치를 보고 상호 작용하는 방식을 재정의할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.

전통적인 논리와 뉴로모픽 회로의 혼합

또한, 연구에서는 뉴로모픽 컴퓨팅을 위해 생물학적 시냅스(뇌 세포 사이의 복잡한 커넥터)와 유사한 스위치를 만드는 방법을 탐구합니다. "이 연구는 폰 노이만 논리 회로와 뉴로모픽 기능의 최초의 공동 통합을 의미하며, 매우 낮은 전력 소비와 디지털 정보 처리와 결합된 뉴로모픽 기능을 구축하는 지금까지 탐구되지 않은 기능을 특징으로 하는 혁신적인 컴퓨팅 아키텍처의 생성을 향한 흥미로운 과정을 보여줍니다. "라고 Ionescu가 덧붙였습니다.

이러한 발전은 인간의 인지에 더 부합하는 방식으로 계산 속도와 정보 처리를 결합하여 인간의 두뇌와 병렬 방식으로 작동하는 전자 장치를 암시합니다. 예를 들어 뉴로모픽 시스템은 패턴 인식, 감각 데이터 처리 또는 특정 유형의 학습과 같이 기존 컴퓨터가 어려움을 겪는 작업에서 탁월한 성능을 발휘할 수 있습니다. 전통적인 논리와 뉴로모픽 회로의 이러한 혼합은 광범위한 영향을 미치는 변혁적인 변화를 나타냅니다. 미래에는 장치가 더 똑똑하고 빠를 뿐만 아니라 기하급수적으로 에너지 효율성도 높아지는 모습을 보게 될 것입니다.