（示意圖/取自pixabay）
AI對算力提出了更高的要求，傳統的晶片面臨挑戰，不過在量子計算和類腦計算獲得長足發展之前，晶片算力的提升，依舊靠著現有技術的提升和創新。電腦記憶體運算晶片在AI時代中也獲得了不少關注，不過普渡大學工程師開發的方法，是從材料的角度進行創新，實現了晶片在計算的同時也可以儲存。研究人員稱，未來如果這種晶片的進一步改進，將有利於類腦計算的發展。
電腦晶片使用兩個不同的組件來處理和儲存資訊。如果工程師可以將兩種組件組合成一個或彼此相鄰放置，那麼晶片上將有更多的空間，使晶片速度更快，性能更強大。
普渡大學（Purdue University）的工程師已經開發出一種方法，將用於處理資訊的數百萬個微型開關（通常稱為電晶體），也能在晶片上進行資訊儲存。
這種方法在《自然電子》上發表的一篇論文中進行了詳細介紹，它通過解決另一個問題，來實現這一目標：將電晶體與比大多數電腦中使用的性能更高的儲存技術相結合，稱為鐵電性RAM。
研究人員數十年來一直試圖將兩者整合在一起，但問題在於鐵電材料和矽（構成電晶體的半導體材料）之間的介面。另外，鐵電RAM作為片上的獨立單元運行，從而限制了其大幅提升計算效率的潛力。
由普渡大學電氣與電腦工程教授Peide Ye、Richard J.和Mary Jo Schwartz帶領的團隊，發現了如何克服矽與鐵電材料之間致命的敵對關係的方法。
「我們使用了具有鐵電特性的半導體，兩種材料就變成一種材料，這樣就不必擔心接口問題。」 Ye說。
結果就成為了所謂的鐵電半導體場效應電晶體，其建構方式與當前電腦晶片上使用的電晶體相同。
α硒化銦材料不僅具有鐵電性能，而且還解決了「禁帶寬度」 通常充當絕緣體，而不是半導體常規鐵電材料的問題，這意味著電流無法通過並且沒有計算發生。
α-硒化銦的禁帶寬度小得多，這使得這種材料成為半導體而不會失去鐵電性能。
普渡大學電氣和電腦工程博士研究員Mengwei Si，建構並測試了該電晶體，發現其性能可與現有的鐵電場效應電晶體相媲美，並表示通過進一步優化，性能還會更好。
Si和Ye的團隊，還與佐治亞理工學院的研究人員合作，將α-硒化銦建立在稱為鐵電隧道結的晶片空間中，工程師可以利用該空間來增強晶片的功能。該團隊在12月9日，於2019 IEEE國際電子設備會議上，介紹了這項研究工作。
過去，研究人員無法建立高性能的鐵電隧道結，因為它的寬頻隙材料太厚，無法通過電流。由於α-硒化銦的能隙小得多，因此該材料的厚度僅為10奈米，從而可以允許更多的電流流過。
更大的電流可以讓晶片的面積縮小至幾奈米，從而使晶片的電晶體密度更高、更節能。Ye補充表示，較薄的材料，甚至可以減小到原子的厚度，也意味著隧道結兩側的電極可以小得多，這對於建構模擬人腦的電路非常有用。
本文為雷鋒網授權刊登，原文標題為「普渡大學研究團隊開發出一種能同時計算和存儲的芯片」