Today's transistors dictate the voltage and charge scales for both logic and memory. While AI systems are recognized to be limited by memory energy, the dominant share of the energy is expended in the intrachip interconnects whose voltage and charge scales are set by transistors. The energy scaling challenges of transistors can be attributed to simultaneously meeting high current density, high current/impedance modulation, and the inability to lower voltages. Hence, a new logic element that lowers the voltage and charge needs is a priority, not only for lowering logic power but also memory access power. Here, we propose a novel 3-terminal logic element for low energy computing, a solid-state transcapacitor (TCAP). A TCAP is a solid state displacement current modulator realized by a gate which controls the charge-voltage relationship of the channel. Unlike transistors, TCAPs eliminate the dissipative transport current, are not bound by the Boltzmann current modulation limit, and operate with displacement currents limited only by the polarization response and contact resistance. Hence, TCAP circuits may simultaneously overcome the voltage, current density, and current modulation limits of CMOS. We describe a solid state TCAP using a piezoelectric transcapacitor in which a gate-controlled stressor modulates the capacitance of a polar channel via electromechanical coupling. This device achieves inversion and gain, essential for logic, and is functionally equivalent to a 1T-1C memory cell, enabling dense memory. Using voltage scaling, capacitive energy recovery, and high polarization densities of polar materials, the logic based on TCAP offers a pathway to 100 fold lower energy consumption with a delay comparable to ultimately scaled CMOS devices. This approach provides a new potential pathway for low-energy computing beyond the limits of transistors using electro-mechanics and multiferroics.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

《基于大语言模型的视觉侦察》最新19页slides
专知会员服务
32+阅读 · 2025年11月19日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
【学界】DeepMind论文:深度压缩感知,新框架提升GAN性能
GAN生成式对抗网络
14+阅读 · 2019年5月23日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
新型阻变存储器的物理研究与产业化前景
中国物理学会期刊网
13+阅读 · 2017年11月1日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
4+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
5+阅读 · 9月23日
《航电任务系统框架(FAMOS)》50页报告
专知会员服务
4+阅读 · 9月22日
《对抗行动中的人工智能与自主性》智库报告
专知会员服务
7+阅读 · 9月22日
《从数据到胜利:战争中的分析优势之争》
专知会员服务
10+阅读 · 9月22日
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
5+阅读 · 9月21日
《描绘美国防部创新基础设施的未来蓝图》100页
专知会员服务
10+阅读 · 9月21日
相关VIP内容
相关资讯
【学界】DeepMind论文:深度压缩感知,新框架提升GAN性能
GAN生成式对抗网络
14+阅读 · 2019年5月23日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
新型阻变存储器的物理研究与产业化前景
中国物理学会期刊网
13+阅读 · 2017年11月1日
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员