Merevolusi AI: Teknologi Kecil yang Mendukung Komputer Serupa Otak
Para peneliti sedang mengembangkan memristor yang presisi secara atom untuk sistem komputasi neuromorfik tingkat lanjut.
University of Kansas dan University of Houston, yang didukung oleh $1,8 juta dari program Future of Semiconductor (FuSe2) dari National Science Foundation, berkolaborasi untuk mengembangkan resistor memori yang dapat disetel secara atom, yang dikenal sebagai “memristor.” Komponen canggih ini dirancang untuk aplikasi komputasi yang terinspirasi dari otak dan akan mendukung pengembangan tenaga kerja di industri semikonduktor.
Diluncurkan pada tahun 2023, program FuSe2 menjawab tantangan utama dalam penelitian dan pengembangan semikonduktor, dengan mitra industri termasuk Micron, Intel, dan Samsung.
Komputasi Neuromorfik dan Pengembangan Memristor
Dipimpin oleh Judy Wu dari KU, Profesor Fisika & Astronomi Universitas, tim Kansas-Houston beranggotakan Hartwin Peelaers, profesor fisika & astronomi di KU, dan Francisco Robles dari Houston. Proyek mereka berfokus pada “komputasi neuromorfik,” sebuah pendekatan yang meniru pemrosesan otak berkecepatan tinggi dan hemat energi, yang bertujuan untuk meningkatkan AI melalui memristor yang bertindak sebagai neuron dan sinapsis buatan.
Pendekatan Co-Design dalam Penelitian Semikonduktor
Wu dan rekan-rekannya akan menggunakan pendekatan desain bersama yang mengintegrasikan desain material, fabrikasi, dan pengujian untuk mencapai penyesuaian memristor semikonduktor oksida skala atom yang tepat untuk memungkinkan fungsionalitas dalam sirkuit neuromorfik.
Penelitian ini akan mengatasi tantangan lama dalam penelitian material: apakah beberapa lapisan atom yang ditumpuk dengan presisi atom dapat memberikan fungsionalitas dan keseragaman area luas yang diperlukan untuk elektronik semikonduktor di masa depan. Skala atom 10 kali lebih tipis dari nanometer. (Sebagai perbandingan, selembar kertas tebalnya kira-kira 100.000 nanometer.)
Inovasi dalam Teknologi Memristor
“Inovasi yang menghasilkan pendanaan ini adalah ultrathin memristor berbasis ultrawide-bandgap semikonduktorseperti galium oksida, dengan struktur elektronik yang disetel pada skala atom berdasarkan simulasi teoretis,” kata Wu. “Inovasi ini merupakan kerja tim dari tiga peneliti – Peelaers, Robles, dan saya – saat kami mengembangkan pendekatan desain bersama yang memungkinkan kami memperoleh desain memristor yang dipandu simulasi.”
Memang benar, Wu dan kolaboratornya adalah orang pertama yang mendemonstrasikan memori dengan ketebalan di bawah 2 nanometer.
“Ini adalah salah satu penemuan besar kami,” kata Wu. “Kami memiliki teknik yang tidak dimiliki orang lain di dunia – sebuah inovasi yang memungkinkan kami menyatukan beberapa lapisan atom.”
Dengan ketebalan film yang mendekati 0,1 hingga sub-dua nanometer, peneliti KU dan rekan-rekannya memetakan wilayah ilmiah baru.
“Kami dapat menumpuk lapisan atom tertentu,” kata Wu. “Tujuan utama dari pekerjaan kami adalah untuk mengembangkan memristor yang 'merdu' secara atom yang dapat bertindak sebagai neuron dan sinapsis pada sirkuit neuromorfik. Dengan mengembangkan sirkuit ini, kami bertujuan untuk mengaktifkan komputasi neuromorfik. Ini adalah fokus utama penelitian kami. Kami ingin meniru cara otak kita berpikir, menghitung, membuat keputusan, dan mengenali pola – pada dasarnya, segala sesuatu yang dilakukan otak dengan kecepatan tinggi dan efisiensi energi yang tinggi.”
Pekerjaan di kedua institusi akan memberikan pelatihan tenaga kerja STEM melalui pendidikan dan penjangkauan, dipimpin oleh tim ahli termasuk Profesor Heather Domjan dan Haiying Long, Dr. Teresa MacDonald, Eleanor Gardner, dan Carolyn Kocken dan partisipasi seluruh tim, dengan tujuan untuk menciptakan tenaga kerja yang beragam dan unik untuk industri semikonduktor.
“Program ini memiliki penekanan khusus pada pelatihan tenaga kerja semikonduktor,” kata Wu. “Untuk mengatasi kebutuhan ini, kami berencana mengadakan lokakarya satu minggu setiap musim panas selama tiga tahun. Kami secara khusus akan menargetkan pelajar migran, yang merupakan warga negara AS, namun orang tuanya mungkin memiliki pekerjaan musiman. Para siswa ini sering kali menghadapi hambatan pendidikan karena keluarga mereka harus pindah untuk bekerja, sehingga membatasi paparan terhadap bidang-bidang seperti semikonduktor, mikroelektronik berteknologi tinggi, dan mikrofabrikasi ruang bersih di masa depan.”
Wu dan kolaboratornya akan merekrut siswa migran dari Kansas, Texas, dan daerah lain untuk memberikan kesempatan pendidikan kepada siswa dari keluarga kurang mampu secara finansial.
“Kami berharap dapat memaparkan mereka pada bidang semikonduktor berteknologi tinggi sehingga mereka dapat mempertimbangkan untuk mengejar karir di bidang ini,” kata Wu. “Banyak Ph.D. siswa di tim kami kini dipekerjakan oleh perusahaan seperti Intel, Honeywell, Tower Semiconductor, Blue Origin, Lockheed Martin, dan ASM — sehingga para siswa ini dapat mengikuti jalur yang sama. Kami juga berencana untuk mengembangkan serangkaian kegiatan sosialisasi online dan langsung untuk memperluas dampaknya kepada masyarakat.”
