Синтез синтетической ДНК и перовскитных полупроводников Исследователи из Университета штата Пенсильвания создали биогибридный мемристор, объединивший синтетическую ДНК с полупроводниковой подложкой. Новое устройство выполняет вычисления непосредственно в памяти (in-memory computing) при энергопотреблении на два порядка ниже, чем у традиционных кремниевых аналогов. Согласно публикации в Advanced Functional Materials и сопутствующей патентной заявке, архитектура преодолевает узкое горлышко фон Неймана за счет объединения химического хранения данных и активных вычислений на одном физическом носителе.
Теоретическая плотность хранения данных в натуральной ДНК достигает 215 петабайт (около 215 миллионов гигабайт) на грамм, однако интеграция биомолекул в электронные схемы долгое время упиралась в их структурную деградацию и низкую проводимость. Как отметила соавтор исследования Кавья С. Керемане, для объединения биологии и электроники потребовалось создать принципиально новую материальную платформу. Ученые отказались от сложного извлечения натуральной ДНК и объединили короткие жесткие синтетические олигонуклеотиды с кристаллическим перовскитом — полупроводником, уже зарекомендовавшим себя в оптоэлектронике и солнечной энергетике.
Энергоэффективная архитектура вычислений в памяти Вместо работы с нестабильными природными полимерами ученые применили искусственные короткие последовательности, сформировавшие стабильную матрицу для модуляции ионного транспорта. Полученный мемристор сохраняет историю электрической активности и удерживает состояние даже при полном отключении питания.
Такая энергонезависимость обеспечивает полноценные вычисления в памяти по принципу биологических синапсов, которые одновременно обрабатывают и хранят информацию. На фоне взрывного роста параметров ИИ-моделей центры обработки данных уперлись в тепловой барьер и экстремальные затраты энергии, поэтому отказ от постоянной пересылки данных между памятью и процессором становится базовой инженерной необходимостью.
Что это значит Разработка специалистов из Пенсильвании служит убедительным доказательством концепции биомолекулярных мемристоров, однако путь до коммерческой замены кремния остается сложным. Для переноса академического патента в промышленные ускорители предстоит решить проблему задержек при чтении и записи, подтвердить стабильность молекул при постоянных тепловых нагрузках и разработать технологию биосовместимой корпусировки, безопасную для стандартных чистых помещений полупроводниковых производств.