Ett team från University of Southampton har uppfunnit ett nytt sätt att designa elektroniska system som innehåller det bästa från både analoga och digitala paradigm.

Metoden kombinerar beräkningskraften hos analog med energifördelarna med digital teknik. Denna nya modell förändrar det nuvarande sättet att tänka och är avsedd att forma nästa generations elektronik.

Studien, med titeln "Sömlöst sammansmält digital-analog omkonfigurerbar datoranvändning med hjälp av memristorer, " publicerades i Naturkommunikation . Den avslöjade hur sammansmältningen av analogt och digitalt tänkande kan uppnås genom att kombinera standard digital elektronik – som finns i alla datorer och mobiltelefoner idag – med den snabbt framväxande teknologin för analoga memristorenheter.

Denna kraftfulla kombination är en viktig språngbräda mot nästa generation av ultralåg effekt, hög batteritid och anpassningsbar elektronik.

Dr Alexantrou serb, huvudförfattare till artikeln från University of Southampton, sa:"Under de senaste fem decennierna har vi bearbetat digitala signaler och har beräknat med hjälp av digitala tekniker, vilket har tagit oss väldigt långt.

"Dock, om vi verkligen ska kunna beräkna gränserna för energieffektivitet, som fysikens lagar tillåter, Det verkar absolut nödvändigt att vi måste gå mot analoga beräkningstekniker samtidigt som vi är mycket mer insatta i hur man blandar analoga och digitala signaler för maximal effekt."

Detta arbete bygger på tidigare utvecklingar av memristiva teknologier som genomförts vid University of Southampton. Detta inkluderade demonstrationen av en ny memristorteknologi som kan packa oöverträffade mängder data per enhet, nästan fyra gånger fler än tidigare rapporterat.

Professor Themis Prodromakis, Chef för forskningsgruppen för elektroniska material och anordningar vid Southamptons Zepler Institute, sa:"Memristorer har samlat ett stort intresse som nästa generations minnesteknologi genom att vara mindre, mer strömsnål och ändå kunna stödja fler minnestillstånd jämfört med befintliga tekniker som rutinmässigt används i våra smartphones och datorer.

"Vår grupp har arbetat outtröttligt i den riktningen med stöd av EPSRC, bidra till att demonstrera mognare och tillförlitligare tekniker och förbättra deras prestanda.

"Vi snart, dock, insett att det finns mycket mer att tjäna genom att använda den här tekniken utöver dess uppenbara minnesapplikationer och har tidigare visat hur memristorer kan användas för att efterlikna biologisk inlärning."

Möjligheten att packa stora mängder minne billigt är en viktig språngbräda mot en ny typ av elektronik. Traditionellt, Bearbetningen av data inom elektronik har förlitat sig på integrerade kretsar (chips) med ett stort antal transistorer – mikroskopiska strömbrytare som styr flödet av elektrisk ström genom att slå på eller av den.

I detta switchbaserade koncept, minne är en dyr resurs som används så sparsamt som möjligt. Tills nu, prestandaförbättringar uppnåddes genom att minska storleken på transistorer och packa fler av dem i varje mikrochip. Dock, med transistorer som nu når sina fysiska skalningsgränser, ytterligare förbättringar med de gamla teknikerna blir allt mer utmanande.

En direkt inverkan av denna forskning på modern teknik kan vara skapandet av ultraeffektiv hårdvara för artificiell intelligens (AI). AI av naturen lämpar sig för analog implementering av beräkningar mycket lättare än för dagens digitala baserade tekniker som används i våra smartphones och molnet.

De beräknade energibesparingarna och prestandavinsterna från att använda memristor-baserade, analoga mikrochips tyder på att denna forskning en dag kan leda till hårdvara som uppvisar sann intelligens utan hjälp av en superdator i molnet, och ändå passar i handflatan.

Den resulterande spridningen av intelligenta agenter kan störa alla nivåer av social och ekonomisk aktivitet och i grunden förändra den dagliga miljö som vi interagerar med.