Elektrochemie statt Elektrizität: Forscher entwickeln ionische Chips für neuronale Netzwerke
Eine Forschergruppe aus Havard arbeitet an neuartigen Prozessoren, die Berechnungen, speziell Matrixmultiplikation, energieeffizient mithilfe ionischer Transistoren auf Chips durchführen können sollen. Die Forscher erhoffen sich damit einen Durchbruch im Bereich neuronaler Netzwerke für künstliche Intelligenz.
Herkömmliche, auf Halbleiter basierende Chips sind im Alltagsgebrauch längst verankert und etabliert. Wie Forscher gerade herausfinden, muss es dabei aber nicht ausschließlich bleiben, denn ionische Mikroprozessoren befinden sich aktuell in der Entwicklung, die besonders energieeffizient sein sollen und sich bei ihrer Arbeit an den Entwürfen der Natur orientieren. Anstelle von Elektrizität sollen die Prozessoren, die mit ionischen Transistoren bestückt sind, Berechnungen künftig mithilfe der Elektrochemie lösen.
Daran forscht derzeit ein Team der John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in Harvard, die einen Ionenschaltkreis entwickelt haben, der Hunderte von Ionentransistoren umfasse. Bei dieser Herangehensweise sollen die Verarbeitungssysteme der Biologie zum Tragen kommen, wobei hier ausdrücklich auf das Gehirn verwiesen wird. In Zukunft könnten laut Forschung ionische Prozessoren mit ihren energieeffizienten Designs wertvoll für bestimmte Einsatzszenarien sein.
Elektrochemie als Lösungsansatz für Matrixmultiplikationen
Der ionische Schaltkreis der Forscher soll aus der Multiplikation der Anzahl einzelner ionischer Transistoren entstanden sein, die zusammenarbeiten können. Ihr ionisches Transistordesign bestehe aus einer wässrigen Lösung von Chinon-Molekülen, die mit zwei konzentrischen Ringelektroden (in der Abbildung blau und rot) und einer dritten (gelben) Scheibenelektrode in der Mitte verbunden sind und im Wesentlichen ein Bullseye-ähnliches Transistordesign bilden.
Quelle: Woo-Bin Jung/Harvard SEAS
Ein CMOS-Chip (rechts) mit Array (Mitte) mit Hunderten einzelnen Ionentransistoren (rechts).
Als Konsequenz von Spannung, die durch die Transistoren hindurchgeleitet wird, sollen die konzentrischen Ringelektroden in der Lage dazu sein, den pH-Wert des Wassers lokal anzupassen. Dies geschieht durch Erhöhung und Verringerung der Wasserstoffionen. Dadurch wird ein Ionenstrom von den Transistoren erzeugt, der als Ein- und Ausschalter fungieren könne, bekannt als Gate. So können die Transistoren durch Änderung des pH-Werts und dem daraus resultierenden Ionenstrom binäre Informationen verarbeiten.
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Die analogen Transistoren, die die Zustände 0 und 1 darstellen können, wurden weiterführend von den Forschern in einer 16-mal-16-Matrix-Gitteranordung (Grid Array) aufgestellt. Das befähige den ionischen Prozessor dazu, auch Matrixmultiplikationen lösen zu können. Solche Berechnungen sind laut einem der Forscher in neuronalen Netzwerken für künstliche Intelligenz weitverbreitet, weshalb ionische Prozessoren in diesem Feld einen Durchbruch erzielen könnten.
Die Forschung an den Prozessoren ist aber noch nicht beendet. Derweil möchte man die elektrochemischen Reaktionen zur Informationsverarbeitung ausweiten. Dazu gehört etwa die Erhöhung der Anzahl manipulierbarer Ionenarten, da man derzeit nur drei bis vier solcher Arten verwende, zu denen Wasserstoff- und Chinon-Ionen zählen.
Quelle: Harvard University via Tom's Hardware
Denk da an blinde, gehörlose Menschen oder Altsheimer was sehr furchtbar ist?
Klar bei gesunden Menschen ist jeglicher äusserliche Eingriff für mich nicht notwendig da bin ich ganz bei Dir.
Wer weis wie lange es dauert bis wir davon direkt profitiren können.
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