Новости космоса и технологий. » Физика » Q&A: К следующему поколению вычислительных устройств

Q&A: К следующему поколению вычислительных устройств

Опубликовал: Admin, 23-11-2020, 01:01, Физика, 33, 0

Q&A: К следующему поколению вычислительных устройств

Вы когда-нибудь замечали, как наши смартфоны и вычислительные устройства становятся быстрее в короткие сроки? За это можно поблагодарить закон Мура. Еще в 1965 году соучредитель Intel Гордон Мур предсказал, что вычислительная мощность компьютеров будет удваиваться примерно каждые два года, и невероятно это эмпирическое практическое правило сохраняется более пяти десятилетий.

Однако современные вычислительные технологии достигают пределов масштабирования, что может привести к резкому прекращению действия закона Мура. Между тем потребность в вычислительной мощности продолжает быстро расти, отчасти из-за появления искусственного интеллекта.

Обойти эти ограничения на память и вычислительную мощность - это неотложная задача, и для этого нужно выйти за рамки обычных устройств и вычислительных архитектур. Взгляните на одного из кандидатов: крошечные магнитные квазичастицы, называемые скирмионами, которые могут предложить способ превзойти обычные ограничения обработки.

Поскольку память для хранения информации и функции принятия решений в компьютерах обычно разделены, выполнение даже самых простых задач потребляет энергию. Skyrmions, один из кандидатов, которые могут объединить эти две функции, открывают двери для более быстрой обработки и принятия решений в режиме реального времени с меньшей мощностью.

Магнитные скирмионы, открытые более десяти лет назад, оказалось сложно контролировать. Но уже не сейчас, благодаря революционной методике, впервые примененной Анжаном Сумьянараянаном и его коллегами из Института исследования материалов и инженерии A * STAR (IMRE). С помощью своего метода команде удалось точно настроить размер, плотность и стабильность скирмионов, приблизив их к реализации энергоэффективных вычислений.

За то, что буквально по-новому взглянули на скирмионы и использовали квантовые явления для наноэлектроники, Сумьянараянан получил Премию молодых ученых на президентской премии в области науки и технологий 2018 года. Сумьянараянан, который также является доцентом Национального университета Сингапура и в 2018 году получил премию IEEE Magnetics Society Early Career Award, дает нам более пристальный взгляд на скирмионы и их роль в вычислениях следующего поколения.

Расскажите нам о ключевой проблеме, которую вы пытаетесь решить с помощью своего исследования.

Закон Мура, или экспоненциальный рост вычислительной мощности со временем, достигает своих пределов после пятидесятилетнего правления в качестве краеугольного камня современной электроники. Одна многообещающая альтернатива - использовать «спин» электрона вместо заряда для хранения, обработки и передачи информации. Спиновая электроника, или спинтроника, может предложить устройства с более высокой скоростью обработки при значительном снижении энергопотребления.

В последнее время мои исследовательские усилия были сосредоточены на магнитных скирмионах. Недавно обнаруженные в промышленных материалах, скирмионы представляют собой наноразмерные конфигурации электронных спинов, которые ведут себя как отдельные магнитные частицы. У них есть многообещающие атрибуты как базовые элементы для вычислений следующего поколения. Мы разрабатываем тонкопленочные материалы, содержащие такие скирмионы, и исследуем их поведение в наноразмерных устройствах.

Какие важные открытия в вашей области вы собираетесь использовать?

Во-первых, спинтронные устройства требуют способности электрически обнаруживать (читать) и манипулировать (записывать) спины для формирования состояний 0 и 1 чтобы представлять двоичную систему, используемую в обычном компьютерном коде. Открытые три десятилетия назад, эти возможности были отмечены Нобелевской премией 2007 года и коммерчески используются в современных жестких дисках и магнитной памяти с произвольным доступом (MRAM).

Совсем недавно связь между электронным спином и импульсом, известная как спин-орбитальная связь (SOC), стала привлекательным ингредиентом в промышленных тонких пленках. С одной стороны, SOC позволяет создавать магнитные скирмионы и другие новые явления. С другой стороны, он обеспечивает быстрое и энергоэффективное средство для электронной записи.

Наконец, мы надеемся, что такие устройства могут найти применение в имитации биологии нейронов, тем самым реализуя вдохновляемые мозгом или «нейроморфные вычисления». Эта растущая тема рассматривает многочисленные предложения устройств для достижения возможностей распознавания, сопоставления с образцом и принятия решений, имитирующих человеческие мозг.

Как вы заинтересовались изучением магнитных скирмионов?

Формирование магнитных скирмионов зависит от трех ключевых ингредиентов: спин-орбитальная связь , магнетизм, а также уникальный топология на определенных материальных поверхностях и границах раздела. Эти концепции являются центральными для нескольких новых явлений, обнаруженных за последние 10-15 лет. В 2010 году эти концепции были основой успешного предложения о гранте, которое я написал в соавторстве с моим научным руководителем. для поддержки моей дипломной работы по топологическим материалам. По возвращении в Сингапур глубокие возможности A * STAR в магнитных тонких пленках обеспечили естественный поворот в сторону скирмионов. Я рад, что он столкнулся с проблемами в области материаловедения и приборостроения, - и то, и другое оказалось ценными возможностями обучения.

Не могли бы вы описать один из самых захватывающих проектов, над которым вы сейчас работаете?

Хотя магнитные скирмионы являются многообещающими элементами обработки наноразмерных данных, работать с ними не так-то просто. Фактически, до недавнего времени магнитные скирмионы ранее наблюдались только при низких температурах. Поэтому наши первоначальные усилия по этой теме были сосредоточены в основном на установлении и настройке их свойств при комнатной температуре в тонких пленках. Недавно мы изучали их электрическое поведение в конфигурациях устройств, совместимых с крупномасштабным производством. В конце концов, мы надеемся реализовать электрическое обнаружение, или чтение, и электрические манипуляции, или запись скирмионов в таких устройствах. Полная интеграция разнообразных возможностей, таких как разработка материалов, изготовление устройств и определение электрических характеристик, необходимых для их работы, является сложной и в то же время захватывающей.

Каковы некоторые производственные /социальные последствия вашего исследования? Кому будут полезны выводы?

Наши исследования совпадают с более широкими усилиями в области спинтроники. Технологии Spintronic коммерчески используются в жестких дисках и магнитной памяти. Будущие открытия спинтронных исследований могут позволить создать новые вычислительные архитектуры в дополнение к работе устройств с низким энергопотреблением на чрезвычайно высоких скоростях. Такие устройства могут помочь нам создать энергоэффективные вычислительные платформы.

Это потенциально может проявиться в центрах обработки данных с пониженным энергопотреблением. В качестве альтернативы их можно использовать для разработки персональных или периферийных вычислительных устройств с возможностями ИИ. В конце концов, такие исследования могут применяться в различных областях, от производства до здравоохранения и наблюдения, поскольку они могут помочь в мониторинге, а также в распознавании неисправностей для вмешательства.

Каким вы видите развитие вашей области исследований в следующие 5-10 лет?

Области исследований, основанные на использовании, в том числе наши, быстро развиваются в том, как определять и решать проблемы. Например, определение проблем требует более активного и устойчивого взаимодействия с заинтересованными сторонами по всей цепочке создания стоимости. Аналогичным образом, решение сложных и крупномасштабных проблем требует формирования междисциплинарных групп, состоящих из материаловедов, физиков, инженеров-электриков и ученых-информатиков. Примечательно, что в настоящее время методы машинного обучения играют все более важную роль в прогнозировании, проектировании и анализе материалов и устройство параметры. Эти и другие новые факторы помогут сформировать область наших исследований в ближайшем будущем.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии