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石墨烯電容器使光學神經形態電路中的激光晶體管穩定工作

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由于神經形態芯片能夠比馮諾依曼結構芯片更快更好地處理傳感器數據(如圖像、視頻、聲音等),所以對這些由晶體管網絡構成的芯片研究成為了新的熱點話題。 多年來,科學家們一直在嘗試進一步探究神經形態的電路架構。而其中的難點就在于如何處理神經元和硅之間的重疊部分——突觸以及邏輯門。從光電子學上講,就是光子穿過激光晶體管和突觸間隙神經遞質時的跨越處。

  如今,普林斯頓大學的研究人員展示了一種石墨烯材質的光學電容器。這種光學電容器能夠保證光學神經形態電路中激光晶體管的穩定工作。

  但是目前,仍有一些關鍵性的差異問題在阻礙著人們成功制造出一個可以像大腦一樣工作的處理器。

  例如,我們知道芯片中的神經元之間是通過電位移動或峰電位來傳遞信息的,而峰電位是非0即1的二進制,所以人們必須在時域就對信息進行編碼。但一個神經元的放電頻率并不僅受限于中央時鐘周期,而且神經元的放電頻率只有在發送時才會對信號的強度進行編碼。

  但是正因為神經元是模擬系統,所以在理論上由它們制成的芯片可以達到非常快的計算速度。而馮·諾依曼結構芯片的時鐘頻率卻是有極限值的,所以早晚有一天會被淘汰掉,科學家們必須找到其他方法來使計算速度更上一層樓。

  而最近的一份研究報告顯示,把石墨烯融入激光之中是一個可行的解決方案。這將能夠使得石墨烯“捕獲”光子,并把它變成一種光學電容器。當光學電容器以這種方式遞增時,激光能夠以皮秒的速度“飆升”。

  IEEE指出:“事實證明,石墨烯是一個非常理想的飽和吸收體。因為它能夠以非常快的速度吸收并釋放光子,而且它還能在任何波長下工作,所以無論發射何種顏色的激光都可以被完美吸收,并且還不會互相干擾。”

  也就是說,這種“石墨烯海綿”能夠在激光中更好的吸收光電子,而且還可以被用來同時輸出多個不同波長的光子,不會受到任何干擾。

  在摩爾定律的最后,模擬神經元和神經回路的設計理念可以為處理器帶來更為優越的功耗比和可伸縮性。在光電子學中,光導纖維和激光晶體管是實現這一理念的理想方法,因為光子的移動速度比電子更快。

  而在最新的自然科學報告中表明,石墨烯電容器能夠將神經形態的芯片架構和光電子完美結合。

  但不要高興太早,我們可能還要在未來面臨下一個嚴峻的問題:模擬神經形態電路陣列的激光晶體管能否有足夠快的速度來處理從傳感器得到的數據。

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