Neuer Speicherchip rechnet ohne Prozessor direkt beim Speichern

Ein neuartiger Speicherchip erkennt Veränderungen in Daten von selbst - ohne Prozessor, ohne Rechenbefehl, allein durch seine physikalische Struktur. Dies spart erstaunlich viel Energie und könnte unter anderem mobile Geräte deutlich effizienter machen.

Durchbruch: Speicherchip rechnet ohne Prozessor

In der modernen Chiparchitektur führt die Trennung von Speicher und Recheneinheit zu Energieverlusten und Latenz. Jede Berechnung erfordert mehrfaches Datenverschieben. Dieses Grundprinzip, bekannt als Von-Neumann-Architektur, limitiert Systeme wie mobile Geräte wegen der beschränkten Energiekapazität besonders - etwa bei Aufgaben wie Bewegungserkennung oder Bildverarbeitung fällt dies ins Gewicht, da große Datenmengen in kurzer Zeit verarbeitet werden müssen.

Ein innovatives Bauelement, entwickelt von einem Forscherteam um Guangdi Feng, Xiaoming Zhao und Chungang Duan von der East China Normal University, nutzt sogenannte ferroelektrische Polymere, die nicht nur Informationen speichern, sondern beim Umschalten ihres Zustands auch Strom erzeugen. Dieser Strom signalisiert direkt eine Veränderung - ideal für Rechenaufgaben, bei denen Unterschiede zwischen Datenpunkten erkannt werden müssen.


Interessante Fakten zum neuartigen Speicherchip: Berechnung: Ferroelektrisch vs. klassisch Das Herzstück der Technologie bildet ein ferroelektrischer Kondensator. Diese Kondensatoren speichern elektrische Ladung und behalten ihre Informationen auch nach dem Ausschalten bei. Bei Änderung der Polarität - der Ausrichtung der elektrischen Ladung - fließt messbar Strom. Diese Eigenschaft wurde gezielt für Differenzialoperationen genutzt, also Berechnungen zur Erkennung von Veränderungen oder Bewegungen.

Millionenfach effektiver

Laut der in Nature veröffentlichten Studie benötigt eine solche Rechenoperation nur etwa 0,24 Femtojoule - millionenfach weniger als herkömmliche Prozessoren wie der Intel 12900 oder die NVIDIA V100. Für die Demonstration wurden 1600 dieser Bauelemente in einem einfachen Gitter ohne zusätzliche elektronische Schalter eingesetzt. Das System verarbeitet Daten während der Speicherung - ohne Weiterleitung an eine separate Recheneinheit.

Da ferroelektrische Materialien bereits in der Chipfertigung eingesetzt werden, erscheint die Skalierung zu größeren Speicher-Arrays technisch machbar. Die Forscher nennen als langfristige Vision sogar die direkte physikalische Berechnung komplexer Prozesse - beispielsweise zur Echtzeitanalyse medizinischer Daten.


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