Za každou pokročilou technologií se skrývá nenápadná, ale klíčová změna. A přesně takovou představuje nejnovější objev týmu vědců z POSTECH (Pohang University of Science and Technology), kteří poprvé odhalili vnitřní fungování elektrochemických pamětí ECRAM – technologie považované za základní kámen budoucnosti AI.

Pomocí unikátní techniky dokázali vědci sledovat chování elektronů uvnitř těchto pamětí i při extrémně nízkých teplotách. Odhalili při tom fenomén, který připomíná „duchovně zkrácené dálnice“ – kyslíkové vakance, které vytvářejí zkratky pro volný pohyb elektronů. Právě tento jev by mohl výrazně urychlit chod neuronových sítí a zlepšit energetickou efektivitu zařízení, která dnes používáme denně – od mobilních telefonů po výkonné servery.

Průlom v POSTECH: Efektivnější AI díky paměti nové generace

Za výzkumem stojí profesor Seyoung Kim a doktorka Hyunjeong Kwak z kateder materiálového inženýrství a polovodičového inženýrství na POSTECH. Spolu s Dr. Oki Gunawanem z výzkumného centra IBM T.J. Watson se jim podařilo publikovat své výsledky v prestižním časopise Nature Communications.

Elektrochemická paměť ECRAM (Electrochemical Random-Access Memory) se už delší dobu považuje za potenciální náhradu klasických pamětí právě kvůli své schopnosti provádět výpočty přímo „v paměti“. To je klíčový rozdíl oproti současné architektuře počítačů, která odděluje procesory a paměti – a tím i zpomaluje celý systém neustálým přesunem dat.

In-Memory Computing: Budoucnost bez zbytečných přesunů

Moderní výpočetní architektury čelí problémům s efektivitou. Data se stále musí přesouvat mezi procesorem a pamětí, což stojí čas i energii. Proto se výzkum zaměřuje na tzv. In-Memory Computing, tedy výpočty přímo uvnitř paměťových čipů.

Právě zde přichází ECRAM jako klíčový prvek. Je založená na pohybu iontů, umožňuje plynulé analogové ukládání informací a teoreticky dokáže provádět výpočty bez nutnosti přenosu dat ven a zpět. Jenže dosud bránilo hlubší pochopení její vnitřní struktury a chování elektronů jejímu širšímu nasazení.

Zdroj: Shutterstock

Tým z POSTECH vyvinul speciální ECRAM zařízení založené na oxidu wolframu a vybavené více kontakty, což umožnilo důkladné sledování chování elektronů pomocí tzv. Parallel Dipole Line Hall System. Tento přístup fungoval i při extrémně nízkých teplotách – až −223 °C.

Zásadním objevem bylo zjištění, že kyslíkové vakance (místa, kde by měl být atom kyslíku, ale chybí) vytvářejí mělké donorové stavy (~0,1 eV), které elektronům umožňují volný pohyb – podobně jako zkratky na dálnici. Nejde tedy jen o zvýšení počtu elektronů, ale o zásadní usnadnění jejich transportu celou pamětí. A co víc – tento jev zůstává stabilní i v extrémních podmínkách, což zvyšuje životnost zařízení.

Od laboratoře do mobilu: Co to znamená pro každodenní technologii?

Profesor Seyoung Kim k výsledkům výzkumu dodává:
„Tato práce má zásadní význam, protože poprvé experimentálně potvrzuje mechanismus přepínání ECRAM napříč širokým teplotním spektrem. Pokud se tuto technologii podaří převést do praxe, mohli bychom se dočkat rychlejších AI systémů i delší výdrže baterií v běžných zařízeních.“

To znamená reálnou šanci na:

• rychlejší zpracování dat v umělé inteligenci,
• nižší spotřebu energie v počítačích i mobilních zařízeních,
• delší životnost baterií ve smartphonech, tabletech či laptopech.