Un transistor innovador para hardware de lógica difusa reconfigurable es prometedor para mejorar la informática de punta

Los dispositivos informáticos de borde, dispositivos ubicados cerca de la fuente de datos en lugar de en grandes centros de datos, podrían realizar cálculos localmente. Esto podría reducir la latencia, particularmente en aplicaciones en tiempo real, ya que minimizaría la necesidad de transferir datos desde la nube.

Hasta ahora, la implementación de algoritmos de aprendizaje profundo en dispositivos periféricos ha resultado un desafío, en parte debido a sus limitaciones de energía y recursos computacionales limitados. Los sistemas de lógica difusa, marcos computacionales que se basan en un razonamiento aproximado en lugar de procesos de lógica binaria, podrían ayudar a superar estos desafíos.

Investigadores de la Universidad del Sur de California, la Universidad Northwestern, la Universidad de Hong Kong, la Academia China de Ciencias y otros institutos desarrollaron recientemente un nuevo transistor de unión interfacial de van der Waals de puertas múltiples que podría usarse para crear hardware de lógica difusa reconfigurable. Este transistor, presentado en un papel en Electrónica de la naturaleza,

«Las redes neuronales artificiales son herramientas poderosas que impulsan la actual revolución de la IA», dijo a Tech Xplore Han Wang de la Universidad de Hong Kong, autor principal del artículo. «Sin embargo, su implementación exige hardware altamente complejo con un consumo de energía significativo, lo que limita su aplicabilidad en dispositivos de borde que procesan información localmente y en tiempo real. Por el contrario, los sistemas de lógica difusa operan con reglas simples, requieren menos recursos de hardware y pueden efectivamente manejar muchas tareas.»

Los materiales de Van der Waals, materiales en capas que se mantienen unidos mediante fuerzas débiles de Van der Waals, han demostrado ser prometedores para la fabricación de generadores de funciones de membresía más eficientes energéticamente. Estos son los componentes del hardware de lógica difusa que consumen más energía y son responsables de crear las llamadas funciones de membresía (es decir, funciones que definen en qué medida una entrada pertenece a distintos conjuntos difusos).

Basándose en esfuerzos de investigación anteriores, Wang y sus colegas se propusieron desarrollar un nuevo transistor basado en materiales de Van der Waals que podría usarse para desarrollar generadores eficientes de funciones de membresía. El transistor que crearon está basado en disulfuro de molibdeno (MoS₂), un dicalcogenuro de metal de transición ampliamente utilizado en el desarrollo de la electrónica.

«El transistor de unión interfacial de Van der Waals (vdW-IJT) está construido sobre un MoS₂ homounión con concentración variada de portadores en diferentes regiones, exhibiendo comportamientos de amplificación o división actuales controlados por múltiples terminales de puerta de grafeno», explicó Hefei Liu, primer autor del artículo.

«Su principal ventaja es la capacidad de generar intrínsecamente funciones de membresía gaussianas o en forma de π dentro de un solo dispositivo, mientras que la tecnología CMOS tradicional requiere decenas de transistores para lograr esto. Como resultado, los vdW-IJT permiten una función de membresía más compacta y energéticamente eficiente. generadores.»

Como parte de su estudio, Wang y sus colegas integraron sus transistores con circuitos periféricos para crear hardware de lógica difusa reconfigurable que pueda controlar sistemas no lineales. Luego, este hardware se utilizó para ejecutar una red neuronal convolucional (CNN) simple entrenada para completar tareas de segmentación de imágenes.

«Descubrimos el importante potencial de los materiales vdW emergentes para permitir conceptos de dispositivos novedosos y arquitecturas computacionales, como redes neuronales difusas, dentro de sistemas inteligentes que logran una funcionalidad compleja con un bajo consumo de energía», afirmó Jiangbin Wu, un investigador clave involucrado en este trabajo.

«Este avance podría trasladar el procesamiento de información de los centros de datos a dispositivos locales, proporcionando respuestas en tiempo real y ampliando la vida útil de la batería para aplicaciones como el control de movimiento robótico y los vehículos autónomos».

Los investigadores descubrieron que el sistema de lógica difusa que desarrollaron combinando sus transistores con una CNN logró una precisión notable en las tareas de segmentación de imágenes. En el futuro, el diseño propuesto podría inspirar el desarrollo de componentes electrónicos similares destinados a mejorar la capacidad de los dispositivos periféricos para ejecutar algoritmos de aprendizaje profundo.

«Nuestros estudios futuros se centrarán en la implementación a gran escala de sistemas de lógica difusa basados ​​en vdW-IJT, abordando la fabricación escalable, el control de variaciones y la integración con hardware de redes neuronales», añadió Mark Hersam de la Universidad Northwestern, otro investigador principal de este trabajo. «Estos esfuerzos tienen como objetivo ofrecer dispositivos de borde inteligentes más capaces y energéticamente eficientes para aplicaciones del mundo real».

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