奈米流體計算晶片　儲存記憶體大躍進

編譯／高晟鈞

在邁向基於奈米流體的神經型態電腦開發中，洛桑聯邦理工學院的奈米生物實驗室（LBEN）透過使用離子而非電子來連接兩個晶片，成功地執行了邏輯訊算。

記憶與數據

記憶與數據，是大腦和電腦儲存資訊的基本方式。區別在於，大腦資訊處理涉及直接對儲存的資料執行計算，而電腦則在記憶體單元和中央處理單元 (CPU) 之間來回傳輸資料。這種低效率的信息處理方式（馮諾依曼瓶頸）導致電腦能源成本不斷上升。

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因此，自1970年代開始，科學家便致力於研究憶阻器的開發，一種可以像神經突觸一樣計算與儲存資料的電子元件。憶阻器已經被用於建構電子神經網路，然而，研究團隊將目光投向了更高遠的目標：一種使用離子而非電子的功能性奈米流體憶阻器，無限接近真正模擬大腦中更節能的訊息處理模式。

記憶電阻──憶阻器

憶阻器主要透過操縱施加電壓在兩種電導狀態中切換，並依靠電子與電洞來處理數位訊息。在這篇研究中，LBEN開發的憶阻器會將設備浸入含有鉀離子（也可以使用鈉或鈣離子），取代電子－電洞的角色。

該設備是在晶片上直接製造，透過在氮化矽膜的中心打上一個奈米孔洞，並添加鈀和石墨層來創建一離子奈米通道。當電流流過晶片時，離子會滲透進通道並聚集在孔隙處，其產生的壓力會在晶片表面和石墨之間產生氣泡。當石墨層被氣泡迫使向上時，會增加導電度，將其儲存狀態切換為「開啟」。由於石墨層保持升起狀態，即使沒有電流，該設備也會「記住」其先前的狀態。相反地負電壓使會各層重新接觸，將記憶體重設為「關閉」狀態。

透過與Andras Kis領導的奈米電子與結構實驗室的Riccardo Chiesa和Edoardo Lopriore合作，研究人員成功地將兩個HAC與一個電極連接起來，形成一基於離子流的邏輯電路。

這項成就代表了基於類突觸離子元件的數位邏輯運算的一大里程碑，將促進腦機介面和神經醫學方面研究的進步。

資料來源: Innovations

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