Horisontissa sähköisesti ohjelmoitava spintroniikka

Tekoälyn vaatima virrankulutus kasvaa, joten on tarve tekoälysiruille, jotka voivat käsitellä tekoälylaskelmia korkealla energiatehokkuudella.

Mukaan tulevat myös spintroniset tekniikat. Niiden integroitu muisti ja laskentaominaisuudet jäljittelevät ihmisaivoja, ja ne voivat toimia rakennuspalikkana pienen käyttötehon AI-siruille.

Nyt Tohokun yliopiston, National Institute for Materials Science -instituutin ja Japan Atomic Energy Agencyn tutkijat ovat kehittäneet uuden spintronisen rakenteen, joka mahdollistaa ei-samansuuntaisten antiferromagneettien ja ferromagneettien keskinäisen sähköisen ohjauksen.

Tämä tarkoittaa, että rakenne voi vaihtaa magneettisia tiloja tehokkaasti tallentaen ja prosessoimalla informaatiota pienemmällä energialla - aivan kuten aivoja muistuttava AI-siru. Läpimurto voi mahdollisesti mullistaa tekoälylaitteiston korkean tehokkuuden ja alhaisten energiakustannusten ansiosta.

"Vaikka spintroniikan tutkimus on edistynyt merkittävästi magneettisen järjestyksen ohjaamisessa sähköisesti, useimmat olemassa olevat spintroniset laitteet erottavat ohjattavan magneettisen materiaalin roolin ja materiaalin, joka tarjoaa käyttövoiman", sanoo tutkimusta ohjannut Shunsuke Fukami Tohokun yliopistosta.

Näillä laitteilla on kiinteä toimintamalli, kun ne on valmistettu, tyypillisesti vaihtaen informaatiota "0":sta "1":ksi binäärimuodossa. Tutkimusryhmän uusi läpimurto tarjoaa kuitenkin suuren innovaation useiden magneettisten tilojen sähköisesti ohjelmoitavaan kytkemiseen.

Fukami ja hänen kollegansa käyttivät ei-samansuuntaista antiferromagneettia Mn3Sn ydinmagneettisena materiaalina. Syöttämällä sähkövirtaa Mn3Sn kehittää spin-virran, joka ohjaa viereisen ferromagneetin, CoFeB:n, vaihtoa prosessin kautta, joka tunnetaan nimellä magneettinen spin Hall-ilmiö. Ferromagneetti ei vain reagoi spin-polarisoituun virtaan, vaan se vaikuttaa myös Mn3Sn:n magneettiseen tilaan mahdollistaen sähköisen keskinäisen kytkennän näiden kahden materiaalin välillä.

Konseptikokeessaan ryhmä osoitti, että ferromagneetille kirjoitettua informaatiota voidaan ohjata sähköisesti Mn3Sn:n magneettisen tilan kautta. Säätämällä asetettua virtaa he kykenivät vaihtamaan CoFeB:n magnetisoinnin erilaisiin jälkiin, jotka edustavat useita tiloja. Tämä analoginen kytkentämekanismi, jossa virran napaisuus voi muuttaa kirjoitetun informaation etumerkkiä, on neuroverkkojen avaintoiminto, joka jäljittelee tapaa, jolla synaptiset painot (analogiset arvot) toimivat AI-käsittelyssä.

"Tämä löytö on tärkeä askel kohti energiatehokkaampien AI-sirujen kehittämistä. Toteamalla sähköisen keskinäisen vaihdon ei-samansuuntaisen antiferromagneetin ja ferromagneetin välillä olemme avanneet uusia mahdollisuuksia virtaohjelmoitaville neuroverkoille", Fukami sanoi. "Keskitymme nyt edelleen vähentämään toimintavirtoja ja lisäämään lukusignaaleja, mikä on ratkaisevan tärkeää tekoälysirujen käytännön sovelluksissa."

Tiimin tutkimus avaa uusia polkuja tekoälysirujen energiatehokkuuden parantamiseen ja niiden ympäristövaikutusten minimoimiseen.

Aiheesta aiemmin:

Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä

Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin

Multiferroisista spintroniikan pelin muuttajia?