构建节能计算平台

消耗大量能源的数据中心的大规模增长极大地导致了全球电力短缺。随着对更快、更智能的计算机和设备的需求不断增长，迫切需要开发传统电子元件的替代品，使这些设备更加节能。

在最近的两项研究中，IISc纳米科学与工程中心(CeNSE)的研究人员报告了一种高能效计算平台的开发，该平台为构建下一代电子设备提供了希望。

该团队没有使用当今大多数电子电路的构建块互补金属氧化物半导体(CMOS)，而是使用了称为忆阻器的组件，它们既可以存储数据又可以执行计算。通过设计基于金属有机络合物的独特忆阻器，该团队可以减少电路中所需的元件数量，从而大大提高速度和效率。

“我们现在发现了一种分子电路元件，它可以在自身内部捕获复杂的逻辑功能，以更少的时间步长促进内存计算，并且使用的元件比平时少得多，”CeNSE的助理教授SreetoshGoswami说，他领导了这两项工作该研究发表在AdvancedMaterials上。

现有的计算架构在不同的物理位置处理和存储数据。两个位置之间的来回通信消耗了绝大部分的计算能量。“我们通过在同一物理位置执行计算和存储来解决这个问题，”他说。

Goswami补充说，该平台在数量级上“优于”当前最先进的技术。“我们[现在]能够制造出比闪存等商业技术更坚固、一致和稳定的设备阵列。”

以前开发的基于忆阻器的电路也受到速度限制，并且由于它们按顺序执行操作，因此错误累积的可能性更大。研究人员表示，新平台的设计减少了操作步骤的数量，提高了速度并减少了错误。

用于构建平台的金属有机复合物是由CeNSE的专家科学家SreebrataGoswami设计的。“这些[复合物]就像电子海绵，可以在数十亿次循环中吸收和释放电子而不会降解，”他说。通过进行小的化学修饰——例如，在复合物中添加或交换一个或两个离子——研究人员可能能够使同一电路适应多种功能。

当他们构建执行数学运算的电路并将其与典型的CMOS电路进行比较时，该团队发现新平台的能效提高了47倍，运行速度提高了93倍，而物理足迹仅占9%。

展望未来，该团队计划将该平台连接到传感器——例如，可感应触摸的智能手机屏幕——并研究该平台处理其收集的数据的效率。CeNSE的博士后研究员SantiPrasadRath与博士一起设计和制造了电路。学生Deepak补充说：“在物联网(IoT)平台中，这种计算技术非常有用。”

这些努力至关重要，因为科学家们认为，我们很快就会达到CMOS技术在效率或性能方面无法再扩大规模的地步。CeNSE教授兼CMOS技术专家NavakantaBhat表示：“这需要发明新的纳米级器件结构，以在未来几十年内实现摩尔定律。”

“新兴分子平台优于成熟技术这一事实非常重要。这是一项高风险研究，可以帮助塑造我们国家半导体电子使命的未来。”