下一代6G無線通信的夢想包括實現(xiàn)每秒數(shù)萬億比特的速度?，F(xiàn)在，一項新的研究表明，由原子薄膜制成的神經(jīng)元樣器件可能成為即將到來的6G網(wǎng)絡的關鍵開關。

當前一代無線通信5G于2020年開始推出。到2030年左右，6G的初步部署才可能實現(xiàn)，由于尚未制定標準，其可能采取的形式仍不確定。盡管如此，許多人仍設想6G的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒TB，以適用于自動駕駛汽車、增強現(xiàn)實和沉浸式臨場感等應用。

據(jù)悉，升級6G的一個關鍵構(gòu)建塊或許是模擬交換機。這些常見的組件通過在接收數(shù)據(jù)時在網(wǎng)絡和頻率之間跳躍來幫助無線連接設備之間的通信。為了大幅降低整體能耗，研究人員正在探索非易失性存儲設備作為替代模擬開關。這些包括神經(jīng)元型憶阻器、二維原子晶體管、電阻式隨機存取存儲器（RRAM）和相變存儲器（PCM）。

在這項新的研究中，研究人員將重點放在原子薄的二維材料上，這些材料原則上只需要很小的能量，有可能提高速度和電池壽命。研究人員此前開發(fā)了由二硫化鉬制成的非易失性開關，工作頻率高達50千兆赫，以及由六方氮化硼制成的開關，工作頻率為100千兆赫。

現(xiàn)在，這些科學家已經(jīng)用二硫化鉬研制出非易失性模擬開關，其工作頻率約為100至500 GHz，6G可能包括這一通信頻段。

這種新器件將二硫化鉬夾在兩個金電極之間。這種金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)的行為類似于記憶電阻器，即記憶電阻器，這是科學家大約50年前預測的電子電路的一種構(gòu)造塊，但僅在十多年前才首次創(chuàng)建。這些組件本質(zhì)上是開關，可以記住在電源關閉后是打開還是關閉它們。理論上，憶阻器可以像人工神經(jīng)元一樣，既能計算又能存儲數(shù)據(jù)。

在實驗中，新交換機可以在320 GHz的頻率下以高達每秒100 GB的速率進行數(shù)據(jù)通信，具有低誤碼率和高信噪比。它還可以在300 GHz的頻率下以1.5 Gb/s的速度傳輸實時高清電視，無需壓縮。它可以在半納秒內(nèi)切換，能量只有50微微歐，比同類成熟設備低一個數(shù)量級以上。

“當我們第一次開始這項研究時，我們只能夢想這樣的性能，能夠在實際設備中真正實現(xiàn)這一應用是一個非常驚喜的結(jié)果，”研究合作者、德克薩斯大學奧斯汀分校的電氣工程師和材料科學家Deji Akinwande表示，“該應用程序為未來6G無線系統(tǒng)提供了非常清晰的節(jié)能通信組件。”

未來，研究人員的目標是將這些開關與硅芯片和電路集成?！岸蚧f是可晶圓擴展的，可以與硅CMOS集成，”Akinwande說，“因此，這種開關設備可以很容易地與現(xiàn)代半導體微芯片技術集成，從而使多種行業(yè)受益，造福社會?！?/p>

Akinwande說，“目前對該設備的主要批評是這些開關的可靠性，尤其是在耐久性方面。這確實是一個對實際應用至關重要的問題，我們正在努力解決這一問題?！?/p>

審核編輯 ：李倩