In-memory Computing mit adaptiven Phasenwechselmaterialien

Der kürzlich bewilligte Sonderforschungsbereich (SFB) Intelligent Matter untersucht wie Materialien mit responsiven Eigenschaften verwendet werden können, um intelligente Systeme zu entwickeln. Dieses breite Themengebiet umfasst auch die Untersuchung von Materialien und Bauelementen für neuartige Prozessoren, die nicht dem von Neumann Paradigma folgen.

Zu diesem Zweck arbeiten wir mit der Arbeitsgruppe Pernice zusammen, um elektro-optische Bauelemente für In-memory Computing zu entwickeln. Diese Bauelemente basieren auf einem ausgeprägten Kontrast der optischen Eigenschaften zwischen den amorphen und kristallinen Zuständen von Phasenwechselmaterialien. So lassen sich konfigurierbare Gewichte neuronaler Netzwerke realisieren, um beispielsweise Objekte auf Bildern zu identifizieren.

Die Kombination aus elektrischen und optischen Signalwegen bietet entscheidende Vorteile: einerseits erlaubt elektrisches Schalten der Bauelemente das effiziente und präzise Einstellen der Gewichte. Andererseits lassen sich durch das optische Auslesen der Transmissionszustände sehr hohe Bandbreiten erreichen und Daten können in unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts kodiert und so gleichzeitig verarbeitet werden.

Für die Entwicklung der elektro-optischen Bauelemente untersucht unsere Arbeitsgruppe vorrangig mikroskopisch kleine Heizerstrukturen zum Schalten dünner Filme aus Phasenwechselmaterial auf Waveguides. Zudem suchen wir nach neuen Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für diese Anwendung.