Nature Communications-ın yeni araşdırmasında tədqiqatçılar ayrıca prosessor tələb etmədən birbaşa yaddaşda hesablamalar apara bilən yaddaşdaxili ferroelektrik diferensiallaşdırıcı inkişaf etdiriblər.

Təklif olunan diferensiallaşdırıcı xüsusilə smartfonlar, avtonom nəqliyyat vasitələri və təhlükəsizlik kameraları kimi kənar cihazlar üçün enerji səmərəliliyi vəd edir.

Təsvirin işlənməsi və hərəkət aşkarlanması kimi vəzifələrə ənənəvi yanaşmalar çox addımlı enerji tələb edən prosesləri əhatə edir. Bu , diferensial əməliyyatları yerinə yetirmək üçün məlumatları daha sonra mikro nəzarət qurğusuna ötürən yaddaş blokuna ötürülən məlumatların qeyd edilməsi ilə başlayır .

Diferensial əməliyyatlar bir neçə hesablama işi üçün əsas olduğundan, tədqiqatçılar öz cihazlarını yaratmaq üçün ferroelektrik materialın xüsusiyyətlərindən istifadə etdilər.

Tech Xplore həmmüəlliflər, Şərqi Çin Normal Universitetindən professor Bobo Tian və professor Chungang Duan ilə danışdı. “Təxminən on ildir ki, biz ferroelektrik materiallardan istifadə edərək beyindən ilham alan cihazların öyrənilməsinə həsr olunmuşuq. Onların qeyri-uçucu qütbləşməsinə görə, ferroelektrik materiallar adətən saxlama və yeni yaranan yaddaşdaxili hesablamalar üçün istifadə olunur”, – professor Tian deyib.

Fon Neuman darboğazı

Müasir hesablamanın əsası fon Neuman memarlığında yatır. Belə sistemlərdə yaddaş və emal bölmələri ayrıdır, bu da onları çox səmərəsiz edir.

Emal bölmələri və yaddaş arasında məlumat ötürülməsi gecikməyə səbəb olur və çox enerji tələb edir. Bu fon Neuman darboğazı kimi tanınır və müasir hesablama arxitekturasının ən aktual problemlərindən biridir.

Əlavə olaraq, əməliyyatların yerinə yetirilməsi üçün həm cari, həm də əvvəlki çərçivələr tələb olunduğundan, şəkil və videonun işlənməsi kimi müəyyən tapşırıqlar üçün yaddaş tələbləri həddindən artıqdır.

Tədqiqatçılar ferroelektrik materialların dinamik davranışından istifadə edərək bu problemləri həll etdilər.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=746485419&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745568025&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-ferroelectric-device-memory.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745568025601&bpp=1&bdt=337&idt=38&shv=r20250423&mjsv=m202504210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1743434102704&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1936&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31091983%2C95353386%2C95344787%2C95357877%2C95359116%2C95356661%2C95356809&oid=2&pvsid=63471499864297&tmod=1709708043&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=44

Ferroelektrik kondansatörlər

Ferroelektrik materiallar, xarici elektrik sahəsi tətbiq edilmədikdə, elektrik sahəsinin tətbiqi ilə tərsinə çevrilə bilən qütbləşməyə malikdir.

Bu dinamik davranış sayəsində ferroelektrik materiallar dipolların qütbləşməsində və ya düzülməsində məlumat saxlaya və saxlaya bilər. Bu, domen keçidi kimi tanınır, domen müəyyən bir qütbləşməyə malik olan materialın bir bölgəsinə istinad edir.

“Ferroelektrik domen keçidi zamanı ölçülə bilən cərəyan siqnalları gəlir, çünki ferroelektrik keçid mahiyyətcə elektrik cərəyanı yaratmalı olan dipolun polaritesinin dəyişməsidir. Bu fenomen digər uçucu olmayan materiallarda nadirdir, burada parametr dəyişikliyi yalnız aşağıdakı oxu əməliyyatı ilə aşkar edilə bilər” deyə Prof.Duan izah etdi.

Tədqiqatçılar buna görə də ferroelektrik kondansatörləri fərqləndirici cihazlar kimi istifadə etmək qərarına gəldilər. Kondansatörlər, təbii olaraq, onlarda yükün saxlanma üsulu ilə zamanla dəyişikliyi modelləşdirir və onları diferensial əməliyyatlar üçün ideal namizəd edir.

Bundan əlavə, kondansatörün yük saxlaması və buraxması yaddaşı təqlid edir. Kondansatör boşalana qədər nə qədər yük saxladığını xatırlayır, bu da kondansatör boyunca gərginlik səviyyələri kimi məlumat saxlamağa çevrilir.

Bu cihaz ferroelektrik RAM və ya FeRAM kimi tanınır. O, fləş yaddaş kimi uçucu deyil , yəni qütbləşmə şəklində enerji söndürüldükdə belə cihaz məlumatı yadda saxlayır.

Kenar cihazların gələcəyi

Tədqiqatçılar 1600 ferroelektrik polimer kondansatördən ibarət 40×40 passiv çarpaz dirək qurdular. Bu o deməkdir ki, cihazın tranzistorlar kimi başqa aktiv komponentləri yoxdur.

Kondansatörlər məlumatların ötürülməsinə ehtiyacı aradan qaldıraraq, bir cihazda RAM və CPU kimi fəaliyyət göstərərək birbaşa hesablamalar apara bilər.

Prof.​​

Bu o deməkdir ki, tədqiqatçılar cərəyanı birbaşa ardıcıl girişlər arasında dəyişikliyi göstərən siqnal kimi istifadə edirlər. Prinsipcə, cihaz yaddaşa yeni məlumatlar yazarkən əlavə hesablamalar tələb etmədən girişlər arasındakı fərqləri müəyyən edə bilir.

Tədqiqatçılar bu qabiliyyəti videonun emalında və birinci və ikinci dərəcəli törəmələrin hesablanmasında effektiv hərəkət aşkarlanması vasitəsilə nümayiş etdiriblər.

Yaddaşdaxili ferroelektrik diferensiallaşdırıcı 1 MHz (megahertz) tezliyində işləyərkən diferensial hesablama üçün təxminən 0,24 femtojoul (fJ) sərf edərək enerji səmərəliliyini nümayiş etdirdi.

Tədqiqatçıların fikrincə, onların cihazı indiki CPU və GPU-lardan, xüsusən də Intel 12900 və NVIDIA V100-dən beş-altı dərəcə daha səmərəlidir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=2793866484&adk=2520359048&adf=3042148327&pi=t.ma~as.2793866484&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1745568025&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Ftechxplore.com%2Fnews%2F2025-04-ferroelectric-device-memory.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjEzNS4wLjcwNDkuMTE1Il0sWyJOb3QtQS5CcmFuZCIsIjguMC4wLjAiXSxbIkNocm9taXVtIiwiMTM1LjAuNzA0OS4xMTUiXV0sMF0.&dt=1745568025602&bpp=1&bdt=338&idt=52&shv=r20250423&mjsv=m202504210101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Dfdc40d724f2dca57%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DALNI_MYStQ6fUQQQLyo5Z7z1h-XhXcWBtA&gpic=UID%3D00000f80eacffadc%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DALNI_MYaOugky0UawScoidzfbXof3-N-iw&eo_id_str=ID%3De43bb863646b60b8%3AT%3D1735367325%3ART%3D1745488733%3AS%3DAA-AfjbQoPwZqH28q9IwcCLRSzzg&prev_fmts=0x0%2C750x280&nras=1&correlator=1743434102704&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=3631&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31091983%2C95353386%2C95344787%2C95357877%2C95359116%2C95356661%2C95356809&oid=2&pvsid=63471499864297&tmod=1709708043&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=3&uci=a!3&btvi=2&fsb=1&dtd=56

Yüksək səmərəliliyinə görə , bu cihazlar video və görüntü emalı kimi kənar hesablama tətbiqləri və EKQ/EEQ məlumatlarının real vaxt rejimində işlənməsi üçün biotibbi cihazlar üçün əla ola bilər.

Texnologiyanın miqyası da perspektivli görünür.

“Ölçələmə məhdudiyyətlərinin olmaması, hafniya əsaslı və ya alüminium nitrid əsaslı ferroelektrik kimi silikona uyğun ferroelektrik materiallar sayəsində mürəkkəb diferensial hesablamaları yerinə yetirə bilən ferroelektrik massivlərin (＞1Gbit) kütləvi istehsalına imkan verir” dedi Prof.

Tədqiqatçılar izah etdilər ki, onların uzunmüddətli vizyonu, ferroelektrik massivlərin real dünya hadisələrini idarə edən diferensial tənlikləri yerli olaraq həll etdiyi kənarda məlumatların işlənməsindən fiziki qanun hesablamalarına keçməkdir .

Daha çox məlumat: Guangdi Feng et al, In-memory ferroelectric differentiator, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58359-4

Jurnal məlumatı: Nature Communications 

© 2025 Science X Network