La quantità dei dati che circolano in rete aumenta esponenzialmente ogni giorno. Per estrarre informazione da questa enorme mole di dati, sono necessari nuovi concetti di calcolo in grado di superare il computer convenzionale, basato sull’algebra Booleana e sull’architettura di von Neumann. Il Laboratorio di nanodispositividel Politecnico di Milano sviluppa nuovi dispositivi elettronici e nuovi concetti di calcolo in memoria, in grado di eseguire calcoli (somme e moltiplicazioni) direttamente mediante la fisica dei dispositivi, in modo altamente parallelo e nel dominio analogico. In particolare, è stato dimostrato un nuovo circuito crosspoint, in grado di risolvere un sistema di equazioni (Ax= b) in una sola operazione della durata di alcune decine di nanosecondi. Le prestazioni di questo nuovo circuito sono superiori non solo ai computer digitali classici, ma addirittura degli avveniristici computer quantistici: sarà presto possibile lo sviluppo di una nuova generazione di acceleratori di calcolo che rivoluzionerà la tecnologia dell’intelligenza artificiale.

Il nuovo circuito sviluppato nell’ambito del progetto europeo ERC RESCUE (Resistive switchcomputingbeyondCMOS), risolve sistemi di equazioni lineari (Ax=b) grazie a un innovativo metodo di calcolo in memoria, dove i coefficienti della matrice A sono memorizzati in uno speciale dispositivo detto memristore. Il memristoreè in grado di memorizzare valori analogici, perciò una matrice di memristoriè in grado di mappare nel circuito una matrice di coefficienti A, permettendo di rendere il calcolo rapidissimo.

La matrice di memristori(Fig. 1) è stata sviluppata nella CleanRoom del Centro di micro e nano fabbricazione Polifabdel Politecnico di Milano. Il circuito a memristoriè stato sperimentato e validato su una vasta gamma di problemi algebrici, come il calcolo per stabilire il ranking di siti internet e per risolvere complicate equazioni differenziali, come l’equazione di Schrödingerper il calcolo di funzioni d’onda quantistiche di un elettrone. Tutte queste operazioni sono condotte in una sola operazione.

Questi risultati sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista PNAS dell’Accademia Nazionale di Scienze degli USA.

(Lo studio: https://www.pnas.org/content/116/10/4123)