“`html

“`

يهدف فريق من المهندسين في جامعة بكين، في بكين، الصين، إلى تغيير ذلك. جهازهم الجديد، المصنوع باستخدام مصفوفات من الترانزستورات الكهربية الحقلية الفلزية (FeFET)، مُحسّنٌ لأداء عمليات التشفير وفك التشفير بدقة عالية وحمل حسابي منخفض. كشف المهندسون عن المصفوفة اليوم في اجتماع 2024 IEEE International Electron Devices Meeting.

“باستخدام أجهزة أشباه موصلات مبتكرة semiconductor devices، يمكننا أن نستفيد من إلكترونياتنا التجارية مثل الهواتف المحمولة من قوة الحوسبة السحابية the cloud مع الحفاظ على أمان بياناتنا”، كما قال Kechao Tang، أستاذ مساعد في الدوائر المتكاملة في جامعة بكين، وواحد من الباحثين الذين طوروا النظام الجديد.

لإجراء عملية التشفير المتماثل، يجب أن يكون بإمكان الحاسوب توليد مفتاح عشوائي، سيتم استخدامه لتشفير البيانات ثم لاحقًا “لفتح” البيانات. ثم يستخدم هذا المفتاح لإجراء الضرب والجمع في متعددات الحدود، مما يضع البيانات في شكل مشفر لمعالجتها.

لإنشاء مفتاح التشفير، تستخدم مصفوفة الترانزستورات التقلبات في التيار عبر الترانزستورات FeFETs. يمكن هندسة FeFETs بحيث يكون لديها درجة تقلب أعلى بكثير من الترانزستور MOSFET العادي، لذا فإن العدد العشوائي الذي تنتجه الأداة أقل قابلية للتنبؤ به مما ستحصل عليه من رقاقة سيليكون عادية، مما يجعل عملية فك التشفير أصعب.

في عملية التشفير، يساعد المفتاح في تحويل بيانات المستخدم إلى متجه مكون من معاملات كثيرات الحدود. ثم يتم ضرب هذا المتجه في مصفوفة من الأرقام ثم في متجه آخر. لذا، عادةً ما يتطلب التشفير خطوتين، ولكن في مصفوفة FeFET، يمكن إجراؤه بخطوة واحدة فقط.

ذلك ممكنٌ بسبب طبيعة الترانزستورات FeFETs. في الجزء من الترانزستور الذي يُتحكم بتدفق التيار عبر الجهاز، وهو البوابة، يوجد طبقة من الفيرروكهربائية—مادة تحتفظ بالاستقطاب الكهربائي دون الحاجة إلى وجود مجال كهربائي. يمكن للطبقة الفيرروكهربائية تخزين البيانات كمقدار هذا الاستقطاب. كغيرها من الترانزستورات، تمتلك FeFETs ثلاثة أطراف: المصرف، المصدر، والبوابة. بإحصاء الحالة المخزنة في المادة الفيرروكهربائية، يعني ذلك أن ثلاثة إشارات يمكن دمجها في FeFET واحد: إدخال المصرف، وإدخال البوابة، والحالة المخزنة. (يُوفر المصدر التيار الناتج). لذا يمكن تصميم FeFET واحد لحساب ضرب بثلاثة مدخلات.

عندما يتم دمج العديد من الترانزستورات FeFET في مصفوفة، يمكن للمصفوفة الآن استقبال مجموعات البيانات الثلاث اللازمة للتشفير: متجه البيانات المراد تشفيرها، ومصفوفة التشفير، ومتجه آخر. تُخزن المصفوفة في طبقة الفيرروكهربائية لمصفوفة FeFET، ويدخل متجه البيانات الأصلي إلى بوابة كل من الترانزستورات FeFET، ويدخل المتجه الثاني إلى مصارف مصفوفة FeFET. في خطوة واحدة، تجمع مصفوفة FeFET إشارات المتجه، والمصفوفة، والمتجه معًا، ثم تُخرج البيانات المشفرة النهائية على هيئة تيار.

يقول تانغ: “يمكننا إجراء حسابات أكثر كفاءة مع انخفاض مساحة التكلفة، بالإضافة إلى انخفاض استهلاك الطاقة”.

يحاول الباحثون أيضًا استخدام ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة (RRAM) لإنجاز عملية الضرب المصفوفية المطلوبة للتشفير المتماثل، نظرًا لقدرتها أيضًا على تخزين حالة في الذاكرة. ومع ذلك، يُفترض أن تنتج الأجهزة الفلزية الكهربائية ضوضاء أقل في عملية فك التشفير من ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة، وفقًا لتانغ. نظرًا لأن الأجهزة الفلزية الكهربائية لديها فرق أكبر بين حالات التشغيل والإيقاف منها في ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة، “ستكون احتمالية حدوث أخطاء أقل عند إجراء عملية التشفير وفك التشفير”، كما يقول تانغ، “لأنك تستطيع بسهولة معرفة ما إذا كانت الحالة تمثل واحدًا أو صفرًا”. كانت دقة حلول ذاكرة الوصول العشوائي المقاومة السابقة تتراوح بين 97.1 و 98.8 بالمائة، بينما بلغت دقة هذا الجهاز 99.6 بالمائة.

في المستقبل، يأمل تانغ أن يرى هذه التقنية في هواتفنا الذكية. “إذا تمكنا من تطبيق جهازنا في الهاتف المحمول، فهذا يعني أن هاتفنا المحمول سيكون قادرًا على ترميز البيانات ليتم تحميلها إلى السحابة ثم استعادتها ثم فك ترميزها”، كما يقول.

المصدر: المصدر