Mạch tính toán mới được chế tạo bằng chip bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên biến đổi điện trở dựa vào Redox (ReRAM). Loại chip này do các nhà sản xuất chip toàn cầu như SanDisk và Panasonic phát triển, là một trong những mô-đun bộ nhớ nhanh nhất sẽ sớm được thương mại hóa.

Tuy nhiên, PGS. Anupam Chattopadh tại NUT đã phối hợp với GS. Rainer WASER đến từ Trường Đại học Aachen RWTH và TS. Vikas Rana tại Trung tâm Forschungszentrum Juelich để chứng minh ReRAM cũng có thể được sử dụng để xử lý dữ liệu thay vì lưu trữ thông tin. Phát hiện này đã được công bố trên tạp chí Scientific Reports.

Các thiết bị và máy tính hiện nay phải chuyển đổi dữ liệu từ bộ nhớ lưu trữ sang bộ vi xử lý để thực hiện tính toán, trong khi loại mạch mới tiết kiệm thời gian và năng lượng bằng cách loại bỏ hoạt động truyền dữ liệu. Mạch còn có thể tăng ít nhất 2 lần tốc độ của các bộ vi xử lý hiện có trong máy tính xách tay và các thiết bị di động.

Việc chế tạo chip bộ nhớ để thực hiện nhiệm vụ tính toán, có thể tiết kiệm không gian do không cần đến bộ vi xử lý, làm cho các thiết bị điện tử trở nên nhỏ gọn và nhẹ hơn. Phát hiện này cũng có thể dẫn đến những thiết kế mới cho thiết bị điện tử tiêu dùng và công nghệ đeo trên người.

Hoạt động của mạch mới

Hiện nay, tất cả các bộ vi xử lý của máy tính trên thị trường đang sử dụng hệ nhị phân, bao gồm hai trạng thái 0 hoặc 1. Ví dụ, chữ A sẽ được xử lý và lưu trữ dưới dạng 01000001, một ký tự 8 bit. Tuy nhiên, mạch ReRAM xử lý dữ liệu trong 4 trạng thái thay vì chỉ 2. Chẳng hạn, mạch có thể lưu trữ và xử lý dữ liệu dưới dạng 0, 1, 2 hoặc 3 được gọi là hệ tam phân. Vì ReRAM sử dụng điện trở khác nhau nên có thể lưu trữ dữ liệu trong nhiều trạng thái. Nhờ vậy, tốc độ của các nhiệm vụ tính toán tăng cao hơn những giới hạn hiện tại.

PGS. Chattopadhyay, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng trong các hệ thống máy tính hiện nay, tất cả thông tin cần được chuyển đổi thành chuỗi số 0 và 1 trước khi xử lý. "Đây giống như cuộc trò chuyện dài với một ai đó thông qua một thiết bị phiên dịch nhỏ, quá trình này mất thời gian và cần nhiều nỗ lực", PGS. Chattopadhyay giải thích. "Bây giờ, chúng tôi có thể tăng công suất của máy dịch để xử lý dữ liệu hiệu quả hơn".

Tìm cách xử lý dữ liệu nhanh hơn là một trong những nhu cầu cấp thiết nhất đối với các ngành công nghiệp trên toàn thế giới, vì phần mềm máy tính đang ngày càng trở nên phức tạp trong khi các trung tâm dữ liệu phải xử lý nhiều thông tin hơn.

Các nhà nghiên cứu cho rằng sử dụng ReRAM để tính toán sẽ mang lại chi phí-hiệu quả cao hơn các công nghệ tính toán khác trong tương lai vì ReRAM sẽ sớm có mặt trên thị trường.

GS. WASER cho rằng: "ReRAM là một khái niệm về bộ nhớ ổn định đa năng. Các thiết bị này tiết kiệm năng lượng, có tốc độ nhanh và có thể thu nhỏ rất nhiều. Việc sử dụng chúng không chỉ để lưu trữ dữ liệu mà còn cho tính toán, có thể mở ra một con đường hoàn toàn mới hướng tới sử dụng hiệu quả năng lượng trong ngành công nghệ thông tin".

Các tính chất tuyệt vời của ReRAM như dung lượng lưu trữ lâu dài, sử dụng ít năng lượng và khả năng sản xuất ở quy mô nano đã thu hút nhiều công ty bán dẫn đầu tư nghiên cứu. Bước tiếp theo, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu phát triển ReRAM để xử lý dữ liệu nhiều hơn 4 trạng thái hiện tại, sẽ dẫn đến những cải tiến lớn tốc độ tính toán cũng như kiểm tra hiệu quả của nó trong các kịch bản tính toán thực tế.