近年来由于技术的爆炸性增长，世界的计算需求呈指数级增长。为了满足下一次技术飞跃的需求，科学界正在努力改进当前的处理能力，同时开发全新的计算方法。

来自Cockrell工程学院电子与计算机工程专业的Jean Anne Incorvia教授的研究小组最新发表了两篇论文，旨在为以上两个科学需求做出贡献。这两篇论文提供了对当前半导体技术的改进，并为下一代能像人类大脑一样思考的计算机提供了更灵活的构建模块。

“我们正处于一个全新型计算机的边缘，重新创造我们大脑思维方式的任务是一个极其庞大的研究工作，”Incorvia表示。“与此同时，我们今天所使用的计算技术并不会消失，因此继续改进和创新驱动我们当前技术的装置至关重要。”

逻辑问题

《ACS Nano》上发布的最新研究与晶体管和电路有关。芯片内含有称为逻辑门的组件，它们解释数字信号。

这些逻辑门是晶体管，它们通常能够传导电子或空穴——当电子在原子间移动时产生的。然而，这篇论文中的研究人员将能够传导电子和空穴的逻辑门连接在一起。

它们表明这一成就将减少电路中所需的晶体管数量。这意味着可以在同样的空间内装入更多的晶体管，使其更加高效和强大，或者可以利用节省下来的空间来缩小设备的体积。它们还展示了一种特别利用晶体管行为的新电路。

这些晶体管是由超薄的二维材料制成的，这些材料具有天然的“双极性”特性，能够导电电子和空穴。然而，单独使用时，它们的表现并不理想。优化这种能力是本论文的一个重要内容，通过器件工程，他们展示了重要的异或、或非和与非电路，而不需要其他设备，只使用了双极性晶体管。这些电路是构建更大电路的基本组成部分。

“Incorvia表示，当我们思考计算机的未来时，如果我们能够利用这些二维材料的自然行为并进行规模化应用，我们可能会减少我们电路中所需晶体管的数量一半。”

研究人员展示了这项能力在一个相当大的设备尺寸上。他们接下来的步骤是将设备缩小并进一步降低功耗，以使它们成为商业可行的芯片组件。

神经元

这些研究结果适用于当今的计算技术。《应用物理学快报》最近发表的第二篇论文则探讨了下一代计算机，这些计算机更加像人脑一样思考。

这些神经形态学装置在解释图像和语言处理等人工智能任务上表现优于传统计算机。在这篇新论文中，研究人员采用磁性材料创造了一种全新的人工神经元，而在人脑中，神经元负责在脑细胞之间传递信息。

人工神经元代表着神经形态计算研究的热门领域。让这些神经元器件脱颖而出的是它们对电脉冲反应的混沌本质。

它们在神经网络中作为一部分的人工神经元中表现出色，尤其在需要解释嘈杂数据的图像方面。这些设备在识别模糊鞋子的图像方面比其他人工神经元表现更出色，而且随着图像越来越模糊，它们与其他神经元的差距也越来越大。

"Incorvia表示：“由于设备本身对输入数据的反应是随机的，因此它在处理嘈杂的数据集时表现更好。”

这些神经元对于"边缘计算"应用具有重要影响力，该应用需要设备更小巧、功耗更低，并且远离像云服务器这样的中央计算源。它们还能抵抗辐射。

这项技术的初步应用之一或许能在外太空中实现，因为硅芯片无法抵御高强度辐射的影响。对辐射的处理能力以及对复杂数据的处理能力，使这些神经元成为未来太空技术的理想选择。