Исследователи физического факультета Оксфордского университета сделали открытие, которое может проложить путь к следующему большому прорыву в области искусственного интеллекта.
Команде удалось создать «ураганные» магнитные вихри в гематите, основном компоненте ржавчины, которые потенциально могут питать энергоэффективные процессоры, подобные мозгу, с частотой в сотни гигагерц.
Эти магнитные вихри, которые могут двигаться с ошеломляющими скоростями до километров в секунду, рекламируются как потенциальные носители информации для следующего поколения экологически чистых и сверхбыстрых вычислительных платформ.
в 100-1000 раз быстрее
Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, позволило преодолеть проблему создания этих вихрей в материалах, ранее несовместимых с кремнием, что представляло собой серьезное препятствие для их практического применения.
Исследование провел доктор. Хариом Джани из Оксфордского университета возглавил проект в сотрудничестве с Национальным университетом Сингапура и Swiss Light Source. Доктор Яни считает, что вычисления на основе кремния не подходят для вычислительных приложений следующего поколения, таких как крупномасштабный искусственный интеллект и автономные устройства, из-за их высокой энергоэффективности.
Решение, по его мнению, заключается в использовании магнитных вихрей в специальном классе материалов, называемых антиферромагнетиками, которые работают в 100-1000 раз быстрее, чем современные устройства.
«Сегодня кремниевые транзисторы используют для вычислений заряды, которые могут потеряться при отключении питания. Поэтому они, как правило, очень энергоемки и неэффективны. Кроме того, традиционные компьютеры хранят данные отдельно от их обработки. «Передача информации между ними требует много времени и энергии и приводит к снижению производительности», — сказал доктор. Яни.
«С другой стороны, ураганные вихри в антиферромагнитных материалах представляют собой «защищенные» наноразмерные спиновые структуры, которые по своей природе стабильны благодаря своей уникальной обмотке. Они могут оставаться стабильными даже без электрических импульсов. Кроме того, они также обладают богатой и сверхбыстрой динамикой, которую можно использовать для выполнения нетрадиционной обработки информации, где можно объединить функции памяти и логики. В будущем такие платформы можно будет использовать для вычислений, подобных мозгу, для создания эффективного и быстрого оборудования искусственного интеллекта».
Команда достигла своего прорыва, создав ультратонкие кристаллические мембраны из гематита на кристаллическом шаблоне, покрытом специальным «жертвенным слоем». Слой растворился в воде и отделил гематит от кристаллической основы, которую затем перенесли на кремний и несколько других платформ.
Исследователи также разработали новую технику визуализации с использованием линейно поляризованных рентгеновских лучей для визуализации наноразмерных магнитных структур внутри этих мембран. Методика показала, что отдельно стоящие слои могут содержать мощное семейство магнитных вихрей, открывая двери для сверхбыстрой обработки информации.
В настоящее время команда разрабатывает прототипы устройств, позволяющих использовать динамику этих сверхбыстрых вихрей. Доктор Яни заключил: «В какой-то момент такие устройства могут быть интегрированы в новые типы компьютеров, которые функционируют больше как человеческий мозг – мы очень рады видеть, что будет дальше».