Une équipe de recherche coréenne a réussi à mettre au point le premier semi-conducteur d’intelligence artificielle (IA) au monde à deux terminaux, qui contrôle précisément l’hydrogène avec des signaux électriques pour permettre l’auto-apprentissage et la mémoire.
Alors que l’IA moderne nécessite le traitement rapide de volumes massifs de données, la séparation entre le calcul et la mémoire dans les ordinateurs classiques entraîne des limitations : une dégradation de la vitesse et une consommation électrique élevée. Les « semi-conducteurs neuromorphiques », qui effectuent simultanément le calcul et le stockage en imitant le cerveau humain, sont perçus comme une technologie de nouvelle génération pouvant résoudre ce problème. Au cœur de ce semi-conducteur se trouve un « dispositif synapse artificielle » qui modifie sa conductivité en fonction des signaux électriques et maintient cet état, et l’équipe de recherche dirigée par Lee Hyun Jun et Noh Hee Yeon de la Division des nanotechnologies du DGIST s’est concentrée sur l’« hydrogène » comme solution.
Les dispositifs de mémoire conventionnels à base d’oxyde utilisaient principalement la migration des lacunes d’oxygène (défauts) comme mémoire. Cependant, cela rendait difficile la garantie d’une stabilité à long terme et d’une uniformité entre les dispositifs. En revanche, l’équipe de recherche a résolu ce problème en développant sa propre méthode pour contrôler avec précision l’injection et l’évacuation des ions hydrogène (H⁺) à l’aide d’un champ électrique.
Cette avancée est particulièrement significative car cette technologie a été mise en œuvre pour la première fois de l’histoire dans une « structure verticale à deux terminaux ». Cette structure est très avantageuse pour les puces IA de nouvelle génération à haute densité, car elle facilite une grande densité d’intégration et des processus de fabrication simples pour les dispositifs. À ce jour, aucun cas n’a été rapporté d’une migration de l’hydrogène contrôlée avec précision dans une structure verticale pour réaliser des opérations d’IA.
Le nouveau dispositif IA à base d’hydrogène a fonctionné de manière stable pendant plus de 10 000 opérations répétitives et a maintenu son état de mémoire intact même après un stockage prolongé. En outre, il a été démontré que des fonctions d’apprentissage et de mémoire similaires à celles des synapses du cerveau humain pouvaient être réalisées avec succès grâce à ses caractéristiques analogiques modifiant progressivement la conductivité.
« Cette recherche a une signification qui va au-delà du développement d’un autre semi-conducteur IA. Elle présente un nouveau mécanisme de commutation résistive utilisant la migration de l’hydrogène, complètement différent de la mémoire basée sur les lacunes d’oxygène existante. » a déclaré le chercheur principal Lee Hyun Jun.
La chercheuse associée Noh Hee Yeon a souligné : « Il s’agit du premier cas de contrôle précis de la migration des atomes d’hydrogène entre des couches de semi-conducteurs empilés par des moyens électriques », ajoutant : « Les résultats de cette étude, qui a élucidé le mécanisme de migration de l’hydrogène, vont fondamentalement changer l’architecture du matériel IA et accélérer l’ère des semi-conducteurs neuromorphiques de nouvelle génération, à faible consommation et haute efficacité. »
Article : Tunable Hydrogen Dynamics Under Electrical Bias for Neuromorphic Memory Applications – Journal : ACS Applied Materials & Interfaces – DOI : Lien vers l’étude
Source : DGIST
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