Spintroniikkapiirit energiatehokkaaseen tekoälyyn

21.09.2026

INL_Spintroniikkalaitteisto_energiatehokkaaseen_tekoalyyn-450-t.jpgTekoäly mullistaa tapaamme työskennellä ja elää, mutta tekoälymallien kouluttaminen vaatii valtavasti laskentatehoa ja energiaa. Uusien tapojen löytäminen tekoälyn nopeuttamiseksi ja energiatehokkuuden parantamiseksi on tulossa yhdeksi alan suurimmista haasteista.

Analoginen laskenta tarjoaa tehokkaan vaihtoehdon neuromorfisen laskennan piiriteknisille toteutuksille hyödyntämällä fyysisten laitteiden luontaista dynamiikkaa monimutkaisten laskutoimitusten suorittamiseen suoraan sirulla.

International Iberian Nanotechnology Laboratoryn R. Ferreira -ryhmän tutkijat ovat kehittäneet uudentyyppisen spintronisen piiritekniikan, jonka avulla tekoäly voi mahdollisesti oppia suoraan sirulla, mikä tehostaa oppimisprosessia. Uusi teknologia perustuu spintronisiin magneettisiin tunneliliitoksiin, jotka ovat lupaavia rakenneosia aivojen inspiroimalle laskennalle.

Nämä rakenteet voivat käsitellä informaatiota monimutkaisilla, neuronien kaltaisilla tavoilla (epälineaarisuus) ja säilyttää samalla informaation, vaikka virta katkeaisi (ei-volatiliteetti), mikä on kaksi keskeistä ominaisuutta energiatehokkaan tekoälylaitteiston suunnittelussa.

Sen sijaan, että INL:n tutkijat olisivat luottaneet järjestelmän kouluttamiseen yksinkertaistettuihin digitaalisiin malleihin, he kehittivät yhteistyössä Politecnico di Barin, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologian sekä Porton ja Messinan yliopistojen tutkijoiden kanssa uuden lähestymistavan, jonka avulla piiritekninen rakenne voi laskea oppimiseen tarvittavat tiedot suoraan sirulta.

Nature Communications -lehdessä julkaistu tutkimus: Opetettava neuromorfinen spintroninen piiritekniikka analogisten äärellisten erotusgradienttimenetelmien avulla. Työ osoitti kokeellisesti, että tämä vaihtoehto mahdollistaa spintronisten neuroverkkojen oppimisen suoraan piiritasolla. Tietokonesimulaatiot osoittivat lisäksi, että tätä menetelmää voidaan laajentaa paljon suurempiin ja syvempiin neuroverkkoihin.

Pääkirjoittaja Catarina Pereira selittää edelleen: ”Tätä gradientin estimointimenetelmää käyttämällä laitteiden epälineaarisuutta voidaan valjastaa suoraan piiritasolla tapahtuvaan oppimiseen ilman, että turvaudutaan piiritekniikan käyttäytymisen digitaalisiin malleihin.”

Tutkijoiden mukaan ehdotettu arkkitehtuuri sopii erityisen hyvin reunalaskentaan, jossa neuroverkkojen on oltava kompakteja ja tehokkaita piiritasolla tapahtuvan oppimisen mahdollistamiseksi, ja se ylittää säilö laskennan menetelmien rajoitukset suoralla parametrikoulutuksella kiinteän dynamiikan ja lineaarisen lukeman mukauttamisen sijaan.

Työtä tukivat Euroopan unionin rahoittamat projektit RadioSpin, SWAN-on-chip ja NIMFEIA.

RadioSpin: Syvät värähtelevät neuroverkot: laskenta ja oppiminen RF-spintronisten synapsien kautta toisiinsa yhdistettyjen RF-neuronien dynamiikan avulla.

SWAN-on-chip: Spintroniikan kiihdytysalustan avulla kehitetty pienen tehonkäytön spintroniikan langaton autonominen solmupiiri (SWAN).

NIMFEIA: Epälineaariset magnonit säilölaskennan käänteisavaruudessa.

Aiheesta aiemmin:

Valon nopeaa tekoälylaskentaa

Fyysiset neuroverkot, kestävän tekoälyn uusi rajaseutu

Ohjelmoitava fotonisiru tekoälyn koulukseen

22.09.2026Uusi silta kvanttiverkoille
22.09.2026Magneettikentät antavat uuden käänteen pintakemiaan
21.09.2026Spintroniikkapiirit energiatehokkaaseen tekoälyyn
21.09.2026Korkeajännitteinen kaksisuuntainen SiC-fetti
21.09.2026Molekyyliantennit tehostavat molekyylikytkimiä
19.09.2026Ensimmäinen havainto äänen kvanttihypystä
18.09.2026Yksi materiaali injektoi varauksen p- ja n- puolijohteisiin
18.09.2026Topologisia polarisaation rakenteita atominohuessa puolijohteessa
18.09.2026Nopeat elektronit surffaavat plasma-aalloilla
17.09.2026Fotonien muokkaus luotettavaa kvanttiviestintää varten
17.09.2026Kaksoislöytö plasmonisille nanolasereille
17.09.2026Klassisesta valosta kvanttikone
17.09.2026Molekyylisia magneettisia ja yksittäisten elektronien muisteja
16.09.2026Magnetismi ja sähköinen polarisaatio samassa materiaalissa
16.09.2026Topologisten magneettien suunnittelua
16.09.2026Fononien kiraalisuuden vaihtaminen sähköllä
15.09.2026Helium ja timantti luovat uusia kvanttilaskennan konsepteja
15.09.2026Sähkökenttä kääntää fononikiraalisuuden ferroelektrisessä kiteessä
14.09.2026Uusi tapa hallita infrapunavaloa reaaliajassa
14.09.2026Taikakulmagrafeeni kytkee päälle ja pois
14.09.2026Nanoskaalaiset multiferroiset tie tehokkaalle magneettimuistiteknologialle
12.09.2026Muistin hinta: miten organismit tasapainottavat ajattelua ja aistimista
11.09.2026Tuhat kertaa nopeammat operaatiot kvanttilaskentaan
11.09.2026Ultranopeat elektronit paljastavat ionisoivan säteilyn signaalin
11.09.2026Elektronien vuorovaikutuksista todellisissa kvanttimateriaaleissa
10.09.2026Puolijohde ja metapinta tehostavat epälineaarista valopolarisaatiota
10.09.2026Superfluidipohjainen kubittisuunnittelma
09.09.2026Valo luo nanomittakaavan magnetismia
09.09.2026Erittäin ohuita materiaalipinoja kiilteen avulla
08.09.2026Uusi kubittiarkkitehtuuri mahdollistaa nopeammat ja tarkemmat toiminnot
08.09.20263D-tulostuksella parempia virtausakkujen elektrodeja
08.09.2026Wigner-kiteiden monimuotoinen fysiikka
07.09.2026Uusi monimuotoinen Hall-ilmiö
07.09.2026Ledivalot vieläkin tehokkaimmiksi
07.09.2026MEMS-peili ohjaa valoa kolmiulotteisesti
05.09.2026LEDit antavat arkeologeille uutta valoa
04.09.2026Akustiset aallot suojaavat kvanttibittejä
04.09.2026Multipleksoitu kvanttifotoninen rajapinta
04.09.2026Kvanttikylpy synkronoi kaukaisia kubitteja
04.09.2026Miten nanokuvio vangitsee valon energian
03.09.2026Tehokkaampi TFET tuleville integroiduille piireille
03.09.2026Tutkijat kuvaavat ensimmäisiä hetkiä matkalla valosta sähköön
03.09.2026Kaksoisraon koe atomitasolla
02.09.2026Uusi transistori tuo korkean jännitteen mikrosirujen mittakaavaan
02.09.2026Pieni puristus antaa vihjeitä epätavallisesta magneetista
02.09.2026Kovalenttisesti silloitettu rajapinta orgaanislle transistoreille
01.09.2026Uudenlainen polymeeri, jolla on kaksi puolta ja kierre
01.09.2026Liuosprosessilla tehty polaritonilaseri
01.09.2026Magnonit synkronoituvat ulkoisten signaalien kanssa
31.08.2026Atomitason muutoksilla notkeampaa langatonta teknologiaa
31.08.2026Mikrokammoilla useampia tarkkoja taajuuksia
31.08.2026Bakteereista eläviä transistoreita
31.08.2026Uudenlainen äärimmäisen kylmä ja erittäin tehokas valokuitu
28.08.2026Magneettisesti levitoituva kvanttibitti
28.08.2026Galliumnitridin kontaktit monen mutkan takana
28.08.2026Uusi ainesosa kvanttilaskennalle: kryptonkaasu
27.08.2026Kookkaampi kvanttiteknologia auttaa havaitsemaan heikkoja fotoneja
27.08.2026Yksittäisiä fotonilähteitä kvanttiviestintää varten
27.08.2026Ohutkalvot reagoivat alustansa kanssa
26.08.2026Tyhjiöfluktuaatio tehostaa suprajohtavuutta
26.08.2026Vikakemia avaa nopean ionikuljetuksen
26.08.2026Kryogeenisien rakenteiden sähköistä kytkentää
25.08.20263D-muistin luotettavuusongelman ratkaisu happitunnelilla
25.08.2026Kvanttista tunnistusta ja elektronimikroskopiaa
25.08.2026Algoritmit suunnittelemaan fotonisia piirejä
24.08.2026Mikroelektroniikan suorituskyvyn ennustaminen fysiikkaan perustuvan tekoälyn avulla
24.08.2026Keraamisia aaltojohdelasereita 3D-tulostuksella
24.08.2026Ihmismäinen kosketustunto robotteihin ja proteeseihin
22.08.2026Rauta täydentämään vetyä energiankantajana
21.08.2026Uusia materiaaliratkaisuja valon ohjailuun
21.08.2026Grafeenin nanorypyt voivat muokata sähköisyyttä
20.08.20262D-materiaalista löytyi hitaita elektroneita
20.08.2026Aivoista inspiroituneita komponentteja
20.08.2026Tutkijat seuraavat antiferromagneettisten skyrmionien vuorovaikutusta
19.08.2026Tekoälylle ohjelmoitava transistori
19.08.2026Maailman ensimmäinen puolijohdemaseri
19.08.2026Valon muotoilu ennennäkemättömällä tavalla
18.08.2026Mitä on vibroniikka?
18.08.20262D-materiaalista transistorieita 300 mm:n kiekolle
18.08.2026Fyysikot tunnistivat puhtaan metallin resistiivisyyden ylärajan
17.08.2026Tutkijat määrittelevät uuden rajan kvanttimateriaaleissa
17.08.2026Kuinka läheisyys varastaa energiaa nanoresonaattoreilta
17.08.2026Yllätys kun valo sammuu
15.08.2026Luonnosta mallia tulevaisuuden mikroroboteille
14.08.2026Valon kanavointia ilman aaltojohteita
14.08.2026Kvanttikiteiden optinen hehku
13.08.2026Tehdä huoneenlämmössä toimivaa kvanttimateriaalia
13.08.2026Älykäs ja muistava molekyylianturi
13.08.2026Auringonvalon synnyttämä kvanttilomittuminen
12.08.2026Tavoitteena atomisen ohuita transistoreita
12.08.2026Elektronimajakka valaisee uutta fysiikkaa
12.08.2026Uusi ulottuvuus optisessa laskennassa
11.08.2026Ilmassa vakaita erittäin ohuita suprajohteita
11.08.2026Kvanttilomittuminen: Schrödingerin muurahaiskeko
11.08.2026Nanoputket ja nanosuikaleet tehostavat nopeaa energian varastointia
10.08.2026Newtonin kehto tehostamaan kvanttilaskentaa
10.08.2026Älykkäitä molekyylejä antureille ja prosessoreille
07.08.2026Saada lämpö käyttäytymään datan tavoin
07.08.2026Vaihtoehto kuparisille nanosirujohteille
07.08.2026Probabilistisia spintronisia prosessoreita

Näytä lisää »