В HKU разработали нейроморфную платформу на SiC MOSFET, работающую при 10 милликельвинов
Специалисты факультета инженерии Гонконгского университета (HKU) вместе с Центром передовых полупроводников и интегральных схем (CASIC) разработали программируемую нейроморфную аппаратную платформу, способную работать при температурах, почти достигающих абсолютного нуля. Руководили проектом профессор Юйхао Чжан (Yuhao Zhang) и аспирант Синь Ян (Xin Yang). В основе системы обычные транзисторы SiC MOSFET из карбида кремния, те самые, что применяются в современной силовой электронике.
Исследователи показали, что один такой транзистор может воспроизводить импульсное поведение биологических нейронов при температуре 10 милликельвинов, примерно на сотую долю градуса выше абсолютного нуля. В работе используется эффект отрицательного дифференциального сопротивления: при росте напряжения ток, наоборот, уменьшается. Команда обнаружила, что при охлаждении ниже 2 кельвинов транзисторы на основе карбида кремния проявляют выраженное S-образное отрицательное дифференциальное сопротивление. Оно возникает из‑за ударной ионизации донорных примесей электронами.
По словам Юйхао Чжана, такую аппаратную платформу можно размещать рядом с квантовыми процессорами. Особенности движения носителей заряда в карбиде кремния позволяют строить схемы с энергопотреблением в тысячи раз ниже, чем у традиционной электроники. Это снижает тепловую нагрузку на криогенные установки. Авторы также продемонстрировали, что отдельные искусственные нейроны можно объединять в более крупные сети и использовать их для локальной обработки данных при сверхнизких температурах, где работают квантовые процессоры.
Технология совместима с существующей промышленной инфраструктурой. Карбид кремния уже широко применяется в электромобилях и энергетических системах, а выпуск подобных криогенных чипов потенциально можно организовать на фабриках, производящих полупроводники на пластинах диаметром 300 миллиметров. Помимо квантовых компьютеров, разработку рассматривают и для космической техники, где электроника должна сохранять работоспособность при экстремально низких температурах.
Ключевые факты
Инженеры факультета инженерии HKU и Центра передовых полупроводников и интегральных схем (CASIC) разработали программируемую нейроморфную аппаратную платформу для работы при криогенных температурах.
Один транзистор SiC MOSFET на основе карбида кремния смог воспроизвести импульсное поведение биологических нейронов при температуре 10 милликельвинов.
При охлаждении ниже 2 кельвинов транзисторы из карбида кремния демонстрируют S-образное отрицательное дифференциальное сопротивление, возникающее из‑за ударной ионизации донорных примесей электронами.
Схемы на основе карбида кремния, по словам авторов, могут потреблять в тысячи раз меньше энергии по сравнению с традиционной электроникой и совместимы с производством на пластинах диаметром 300 миллиметров.