Semicondutor usa hidrogênio para imitar o cérebro

Semicondutor neuromórfico

Engenheiros coreanos conseguiram implementar o primeiro semicondutor de inteligência artificial (IA) do mundo baseado em dois terminais e que funciona de modo inusitado: Seus elementos ativos são átomos de hidrogênio.

O componente controla com precisão os átomos de hidrogênio por meio de sinais elétricos, e usa esse controle para apresentar características de autoaprendizado e memorização.

Deste modo, o conceito de computação na memória é feito por meio de um semicondutor neuromórfico, um tipo emergente de tecnologia que imita o cérebro humano, eliminando os problemas de degradação da velocidade e alto consumo de energia que marcam a necessidade de que os dados viajem constantemente entre o processador e a memória, como nos computadores atuais.

Lembrando um pouco os mais famosos memoristores, que são os componentes neuromórficos mais conhecidos, o núcleo deste novo semicondutor é um dispositivo de sinapse artificial, que altera sua condutividade com base em sinais elétricos e mantém esse estado.

A grande diferença é que o elemento central nessa imitação do cérebro é o hidrogênio. As células de memória convencionais são baseadas em óxidos, utilizando principalmente a migração de vacâncias de oxigênio (defeitos) para guardar os dados. Ao controlar com precisão a injeção e a descarga de íons de hidrogênio (H+) usando um campo elétrico, a equipe não apenas fez o mesmo de modo mais simples, como também aumentou a garantia de estabilidade e uniformidade a longo prazo entre os dispositivos.

“Esta pesquisa tem um significado importante que vai além do desenvolvimento de mais um semicondutor para IA. Ela apresenta um novo mecanismo de comutação resistiva usando migração de hidrogênio, que é completamente diferente da memória existente baseada em vacâncias de oxigênio,” reforçou o professor Lee Hyun Jun, do Instituto de Ciência e Tecnologia Daegu Gyeongbuk (DGIST).

Semicondutor baseado em hidrogênio

Outro elemento que torna esta pesquisa particularmente significativa é que a tecnologia foi implementada pela primeira vez em uma estrutura vertical de dois terminais – um transístor precisa de três terminais para funcionar. Isso é altamente vantajoso para os chips de IA de próxima geração, já que multiplica a densidade de integração e torna os processos de fabricação mais simples.

O componente neuromórfico baseado em hidrogênio funcionou de forma estável por mais de 10.000 operações repetitivas e manteve seu estado de memória intacto mesmo após um longo período de armazenamento. Essas operações de teste incluíram o desempenho de funções de aprendizado e memória, semelhantes às das sinapses do cérebro humano – no componente, essas funções são possíveis por meio de alterações gradativas na condutividade, que muda gradualmente de modo analógico.

“Este é o primeiro caso de controle preciso da migração de átomos de hidrogênio entre camadas semicondutoras empilhadas eletricamente. As descobertas deste estudo, que elucidaram o mecanismo de migração de hidrogênio, mudarão fundamentalmente a arquitetura do hardware de IA e acelerarão a era dos semicondutores neuromórficos de próxima geração, de baixo consumo de energia e alta eficiência,” disse a pesquisadora Noh Hee Yeon.