Sinapse artificial garante números aleatórios verdadeiros

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Eletrônica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 31/08/2021

Sinapse artificial garante números aleatórios verdadeiros

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.

Sinapse artificial garante números aleatórios verdadeiros

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,

Bibliografia:

Artigo: Advanced Data Encryption using 2D Materials
Autores: Chao Wen, Xuehua Li, Tommaso Zanotti, Francesco Maria Puglisi, Yuanyuan Shi, Fernan Saiz, Aleandro Antidormi, Stephan Roche, Wenwen Zheng, Xianhu Liang, Jiaxin Hu, Steffen Duhm, Juan B. Roldan, Tianru Wu, Victoria Chen, Eric Pop, Blas Garrido, Kaichen Zhu, Fei Hui, Mario Lanza
Revista: Advanced Materials
Vol.: 33, 2100185
DOI: 10.1002/adma.202100185

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