低功耗AI;柔性MoS2晶体管;不含钴、镍的电池。
低功耗AI
瑞士电子与微技术中心(CSEM)的工程师们设计了一种边缘AI的SoC可以使用太阳能或小型电池的应用程序。
第一个是二叉决策树(BDT)引擎，它可以执行简单的任务，但不能执行识别操作。
“例如，当我们的系统用于面部识别应用时，第一个加速器将回答初步问题，如:图像中有人吗?如果是的话，能看到他们的脸吗?CSEM芯片上系统研究负责人Stéphane Emery说。“如果我们的系统用于语音识别，第一个加速器将确定是否存在噪音，以及噪音是否与人声对应。但它不能分辨出特定的声音或单词——这就是第二个加速器的用处。”
第二个加速器是一个卷积神经网络，它可以执行更复杂的面部识别和单词检测任务，但消耗的能量更多。大多数时候，只有第一个加速器在运行，从而降低了整体功耗。
该团队表示，SoC适用于需要基于时间的信号和图像处理的任何应用程序。Emery说:“不管应用程序是什么，我们的系统基本上都是一样的。”“我们只需要重新配置CNN引擎的各个层。”
MoS2柔性晶体管
斯坦福大学的研究人员开发了一种制造方法柔性原子薄晶体管长度小于100nm。
该工艺包括将二维半导体二硫化钼(MoS2)覆盖小的纳米图案化金电极，置于涂有玻璃的固体硅板上。
使用传统的硅衬底意味着化学气相沉积(CVD)可以用来生长三原子厚的MoS2薄膜。这种图案技术不能用于柔性塑料基板，因为它们会在所需的高温下融化。
通过首先在刚性硅上制作这些部件并让它们冷却，研究人员能够在不损坏的情况下应用柔性材料。在去离子水中简单地浸泡一下，整个设备堆栈就会剥离，现在完全转移到柔性聚酰亚胺上。
带有纳米图案接触的2D半导体转移过程示意图(左)和具有转移结构的柔性透明衬底照片(右)。(图片来源:Victoria Chen/Alwin Daus/Pop Lab)
研究人员说，虽然可以构建整个电路，然后转移到柔性材料上，但后续层的某些并发症使转移后的这些额外步骤更容易。
“最终，整个结构只有5微米厚，包括柔性聚酰亚胺，”斯坦福大学电气工程教授埃里克·波普(Eric Pop)说。
该团队表示，该设备可以在低电压下处理高电流。在使用过程中，黄金金属触点可以分散晶体管产生的热量，保护柔性聚酰亚胺。
“这种缩减规模有几个好处，”斯坦福大学博士后学者阿尔温·道斯(Alwin Daus)说。“当然，你可以在给定的占地面积上安装更多的晶体管，但你也可以在更低的电压下获得更高的电流——高速而功耗更低。”
该小组还使用另外两种原子级薄的半导体(MoSe2和WSe2)制造了类似的晶体管，以证明该技术的广泛适用性，并正在研究将无线电电路与这些器件集成在一起。
不含钴、镍的电池
来自劳伦斯伯克利国家实验室、加州大学伯克利分校和阿贡国家实验室的研究人员提出了一种新的材料锂离子电池阴极这可以消除对昂贵且供应有限的钴和镍的需求。
新的正极材料是含有过量锂的无序岩盐，简称DRX。它将允许用钴和镍以外的各种金属来构造阴极。
“目前的NMC级别仅限于镍、钴和由锰组成的非活性成分，经典的锂离子电池处于性能曲线的末端，除非你转移到新的正极材料，而这正是DRX项目所提供的。DRX材料具有巨大的组成灵活性，这是非常强大的，因为你不仅可以在DRX阴极中使用各种丰富的金属，而且你还可以使用任何类型的金属来解决设计新电池早期阶段可能出现的任何问题。这就是我们如此兴奋的原因，”伯克利实验室电池科学家Gerbrand Ceder说。
在传统的阴极中，锂离子沿着明确的路径穿过阴极材料，并在过渡金属原子(通常是钴和镍)之间有序地排列。但研究人员发现，无序的原子结构可以容纳更多的锂，同时允许更广泛的元素作为过渡金属。
Ceder补充说，减少钴的使用一直是美国能源部的优先事项。“电池行业正面临着巨大的资源短缺。即使以2太瓦时(全球需求预测的较低范围)计算，这也几乎消耗掉了目前所有的镍产量，而钴的产量还远远不够。目前钴产量仅为15千吨左右，2太瓦时的电池功率需要2000千吨镍和钴的某种组合。”
相反，该团队专注于在DRX阴极中使用锰和钛，它们比镍和钴更丰富，成本更低。
Ceder说:“氧化锰和氧化钛每公斤成本不到1美元，而钴每公斤成本约为45美元，镍约为18美元。”“有了DRX，你就有可能制造非常便宜的能源储存。到那时，锂离子将变得不可战胜，可以在任何地方使用——汽车、电网——我们可以真正实现丰富而廉价的能源存储。”
研究人员希望扩大他们的团队，解决新电池材料目前存在的一些问题，比如提高寿命周期和优化电解质。
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