我们生活在一个由连续信息流组成的模拟世界中，我们的大脑同时处理和存储这些信息，但我们的设备则以离散二进制代码的形式进行数字处理，将信息分解成一个个小比特（或位）。洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员揭示了一种开创性技术，它将连续模拟处理的潜力与数字设备的精确性结合在一起。

通过将超薄二维半导体与铁电材料无缝集成，这项发表在《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上的研究揭示了一种提高能效和增加计算新功能的新方法。这种新配置将传统的数字逻辑与类似大脑的模拟运算融为一体。

更快、更高效的电子器件

纳米电子器件实验室（Nanolab）与微系统实验室（Microsystems Laboratory）合作进行的创新，围绕着一种独特的材料组合，实现了大脑启发式功能和先进的电子开关，包括引人注目的负电容隧道场效应晶体管（TFET）。

在电子世界中，晶体管或"开关"就好比电灯开关，决定着电流的流向（开）或不流（关）。这就是二进制计算机语言中著名的"1"和"0"，从处理信息到存储记忆，这一简单的开关动作几乎与我们电子设备的所有功能密不可分。

TFET 是一种特殊的开关，其设计考虑到了未来的节能需求。与需要一定最低电压才能开启的传统晶体管不同，TFET 可以在低得多的电压下工作。这种优化设计意味着它们在开关时消耗的能量要少得多，从而大大降低了所集成器件的总体功耗。

这项发表在《自然-电子学》（Nature Electronics）上的研究通过将超薄二维半导体与铁电材料无缝集成，揭示了一种提高能效和增加计算新功能的新方法。新配置将传统的数字逻辑与类似大脑的模拟操作融合在一起。资料来源：EPFL

纳米实验室负责人阿德里安-约内斯库（Adrian Ionescu）教授说："我们的努力代表了电子学领域的重大飞跃，打破了以往的性能基准，负电容二硒化钨/二硒化锡 TFET 的出色性能以及在同一技术中创造突触神经元功能的可能性就是例证。

EPFL 的博士生 Sadegh Kamaei 首次在完全集成的电子系统中利用了二维半导体和铁电材料的潜力。二维半导体可用于超高效数字处理器，而铁电材料则为同时连续处理和存储记忆提供了可能。将这两种材料结合起来，就有机会充分利用各自的数字和模拟能力。现在，我们上述比喻中的电灯开关不仅更加节能，而且它打开的电灯也会更加明亮。

Kamaei 补充说："使用二维半导体并将其与铁电材料整合在一起的工作充满了挑战，但也收获颇丰。我们研究成果的潜在应用可能会重新定义我们未来如何看待电子设备以及如何与电子设备互动。"

将传统逻辑与神经形态电路相结合

此外，这项研究还深入探讨了为神经形态计算创建类似于生物突触（脑细胞之间错综复杂的连接器）的开关。Ionescu补充说："这项研究标志着冯-诺依曼逻辑电路和神经形态功能的首次共同整合，为创建创新计算架构指明了令人兴奋的方向，这种架构的特点是功耗极低，并且具有迄今为止尚未探索过的结合数字信息处理构建神经形态功能的能力。这些进步预示着电子设备将以与人脑平行的方式运行，以更符合人类认知的方式将计算速度与信息处理结合起来。例如，神经形态系统可能擅长传统计算机难以完成的任务，如模式识别、感官数据处理，甚至某些类型的学习。传统逻辑与神经形态电路的融合预示着一场影响深远的变革。未来的设备不仅会更智能、更快速，而且能效也会呈指数级增长。"