Физико-технологические основы энергонезависимых элементов памяти с совмещением в одном чипе многофункциональных устройств на принципах сегнетоэлектричества и спинтроники для нейроморфных систем

Для прогресса в машинном обучении и перехода к созданию систем искусственного интеллекта требуется использование новых типов нейроморфной архитектуры, отличной от архитектуры фон Неймана, которая является неэффективной по производительности. Предложенные для решения этого вопроса нейроморфные чипы на полупроводниковой технологии КМОП сверхбольших интегральных схем плохо масштабируются и не соответствуют ожидаемым параметрам энергопотребления. Необходим фундаментальный научный прорыв в области развития альтернативной элементной базы нейроморфных архитектур, в которой память и процессор функционируют параллельно в одном блоке. Примером простейших энергонезависимых электронных устройств являются элементы сегнетоэлектрической мемристорной памяти. Предложенные на настоящее время типы сегнетоэлектрической памяти (FRAM, FeFet, FJT) не полностью удовлетворят возросшим потребностям для успешной реализации нейроморфной архитектуры. Стремительное развитие технологии спинволновой электроники, масштабируемой вплоть до нескольких нм, открывает возможности использования преимуществ спинволновой электроники для улучшения характеристик сегнетоэлектрической памяти. Целью проекта является разработка и создание прототипа ячейки сегнетоэлектрической энергонезависимой многоуровневой памяти, совмещающей в одном чипе функции логического элемента и элемента обработки информации, на основе слоистых структур с периодическими ферромагнитными слоями (магнонными кристаллами) и слоями сегнетоэлектрика, для нейроморфных устройств и компьютеров нового поколения. В результате выполнения проекта будут исследованы механизмы резонансных, многоволновых, мемристорных и нелинейных спинволновых взаимодействий в таких структурах. Будет выявлен механизм многоуровневого хранения, чтения и обработки информации. Будет показана возможность использования исследуемых структур как в качестве ячейки памяти, так и в качестве элемента обработки сигнала, позволяющего, в частности, осуществлять полный набор логических операций и пространственное разделение сигналов разного уровня мощности. Такие мемристоры могут выполнять функции синапсов и нейронов нейроморфной сети. Предложенные структуры в качестве ячейки мемристорной памяти позволят решить ряд проблем, существующих на настоящее время в области энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти.