Sinapse artificial garante números aleatórios verdadeiros

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/08/2021

Estrutura e protótipo do memoristor gerador de números aleatórios.
[Imagem: Chao Wen et al. - 10.1002/adma.202100185]

Aleatoriedade sináptica

Os memoristores, componentes eletrônicos que funcionam como as sinapses do cérebro, estão se transformando em uma nova ferramenta aumentar não apenas a eficiência dos computadores, mas também sua segurança.

Pesquisadores conseguiram dar estabilidade suficiente a um memoristor feito com materiais monoatômicos (2D) para que ele funcione como um gerador de números aleatórios robusto e confiável - e com um consumo mínimo de energia.

A geração de números aleatórios é uma função fundamental da transmissão segura de informações, da criptografia de dados e da geração de senhas seguras e de uso único - se o número não for realmente aleatório, um bisbilhoteiro pode descobrir o padrão de sua geração e replicar o processo, descobrindo as senhas.

A forma mais usada hoje para gerar números aleatórios usa circuitos que detectam o ruído térmico produzido por um componente físico, como um diodo ou resistor. Funciona, mas o consumo de energia desses componentes pode ser significativo em dispositivos portáteis ou altamente integrados, e o grau de aleatoriedade pode diminuir com o tempo devido a mudanças nas características físicas e eletrônicas do componente com o passar do tempo.

Os memoristores são superiores em relação a esses componentes eletrônicos em vários quesitos, mas também vinham apresentando o mesmo problema de degradação com o tempo.

Os componentes já estão sendo fabricados em escala semi-industrial.
[Imagem: Chao Wen et al. - 10.1002/adma.202100185]

Produtos comerciais

A equipe do professor Mario Lanza, da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah, na Arábia Saudita, resolveu o problema da degradação dos memoristores usando um material bidimensional reconhecido justamente por ter uma estrutura atômica de grande estabilidade: o nitreto de boro hexagonal.

Usando um material que já é bem conhecido da microeletrônica, para fabricar um componente que também já está sendo integrado nos processadores neuromórficos, a equipe conseguiu sair dos tradicionais protótipos de componentes feitos em laboratório para uma fabricação semi-industrial em escala de pastilha.

"Um aspecto fundamental do nosso trabalho foi a utilização de processos de fabricação compatíveis com a indústria, o que facilita a integração em produtos comerciais," disse Lanza. "Também apresentamos informações de rendimento e variabilidade para centenas de dispositivos; foi um esforço tremendo, mas deu mais confiabilidade ao nosso estudo."

A confiabilidade a que se refere o pesquisador consistiu em validar no tempo uma das características mais promissoras dos memoristores como geradores de números aleatórios: A produção de um tipo de ruído elétrico conhecido como "ruído telegráfico aleatório", às vezes chamado também de "ruído pipoca", pelo som que ele faz se for conectado a um alto-falante. Além de uma aleatoriedade perfeita, o componente bidimensional consome pouquíssima energia e a geração do ruído pode ser ligada e desligada eletricamente,

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