Magnoniin perustuva laskenta voisi merkitä laskennan paradigman muutosta

29. maaliskuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Kuten elektroniikka tai fotoniikka, magnoniikka on tekniikan alakenttä, jonka tavoitteena on edistää tietotekniikkaa nopeuden, laitearkkitehtuurin ja energiankulutuksen suhteen. Magnoni vastaa tiettyä energiamäärää, joka tarvitaan materiaalin magnetisoitumisen muuttamiseksi kollektiivisen virityksen avulla, jota kutsutaan spin-aaltoksi (visualisoitu yllä). Koska ne ovat vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa, magnoneja voidaan käyttää tietojen koodaamiseen ja siirtämiseen ilman elektronivirtoja, joihin liittyy energian menetystä käytetyn johtimen lämmittämisen (joulen lämmityksenä) kautta. Kuten Dirk Grundler, tekniikan korkeakoulun nanomittakaavaisten magneettisten materiaalien ja magnetiikan laboratorion (LMGN) johtaja selittää, energiahäviöt ovat yhä vakavampi este elektroniikalle tiedonsiirtonopeuden ja tallennustarpeiden noustessa. "Tekoälyn myötä laskentateknologian käyttö on lisääntynyt niin paljon, että energiankulutus uhkaa sen kehitystä", Grundler sanoo. ”Suuri ongelma on perinteinen laskenta-arkkitehtuuri, joka erottaa prosessorit ja muistin. Signaalimuunnokset, jotka liittyvät tiedon siirtämiseen eri komponenttien välillä, hidastavat laskentaa ja hukkaavat energiaa. Tämä tehottomuus, joka tunnetaan nimellä muistiseinä tai Von Neumannin pullonkaula, on saanut tutkijat etsimään uusia laskenta-arkkitehtuureja, jotka voivat paremmin tukea big datan vaatimuksia. Ja nyt Grundler uskoo, että hänen laboratorionsa olisi voinut törmätä sellaiseen "pyhän maljaan". LMGN:n tohtoriopiskelija Korbinian Baumgaertl inspiroitui kehittämään tarkasti suunniteltuja YIG-nanomagneettilaitteita tehdessään muita kokeita kaupallisella ferrimagneettisella eristeellä, yttriumrautagranaatilla (YIG), jonka pinnalla oli nanomagneettisia nauhoja. MicroNanoTechnologyn keskuksen tuella Baumgaertl pystyi virittämään spinaaltoja YIG:ssä tietyillä gigahertsitaajuuksilla käyttämällä radiotaajuussignaaleja ja – mikä tärkeintä – kääntämään pinnan nanomagneettien magnetisoinnin. "Näiden nanomagneettien kaksi mahdollista suuntaa edustavat magneettisia tiloja 0 ja 1, mikä mahdollistaa digitaalisen tiedon koodaamisen ja tallentamisen", Grundler selittää.
Kokeellinen kokoonpano, joka kuvaa ferrimagneettista eristettä yttrium rautagranaattia (YIG) nanomagneettisilla nauhoilla © LMGN EPFL

Reitti muistin sisäiseen laskentaan

Tutkijat tekivät löytönsä käyttämällä tavanomaista vektoriverkkoanalysaattoria, joka lähetti spinaallon YIG-nanomagneettilaitteen läpi. Nanomagneetti kääntyi vasta, kun spinaalto osui tietylle amplitudille, ja sitä voitiin sitten käyttää tietojen kirjoittamiseen ja lukemiseen. Kokeellinen kokoonpano, joka kuvaa ferrimagneettista eristettä, yttriumrautagranaattia (YIG) nanomagneettisilla nauhoilla. (Kuva: LMGN EPFL) "Voimme nyt osoittaa, että samoja aaltoja, joita käytämme tietojenkäsittelyyn, voidaan käyttää magneettisten nanorakenteiden vaihtamiseen niin, että meillä on myös haihtumaton magneettinen tallennustila samassa järjestelmässä", Grundler selittää ja lisää, että "haihtumaton ” viittaa tietojen vakaaseen säilytykseen pitkiä aikoja ilman lisäenergiankulutusta. Tämä kyky käsitellä ja tallentaa tietoja samaan paikkaan antaa tekniikalle mahdollisuuden muuttaa nykyistä laskenta-arkkitehtuurin paradigmaa lopettamalla prosessorien ja muistitallennusten energiatehoton erottaminen ja saavuttamalla niin kutsutun muistin sisäisen tekniikan. laskeminen.

Optimointi horisontissa

Baumgaertl ja Grundler ovat julkaisseet uraauurtavat tulokset lehdessä Luonto Viestintä ("Nanomagneettien käännös lisäämällä magnoneja ferrimagneettisessa yttrium-rautagranaatissa, mikä mahdollistaa haihtumattoman magnonimuistin"), ja LMGN-tiimi työskentelee jo lähestymistapansa optimoimiseksi. "Nyt kun olemme osoittaneet, että spinaallot kirjoittavat dataa vaihtamalla nanomagneetit tiloista 0 tilaan 1, meidän on työstettävä prosessia niiden kytkemiseksi takaisin - tämä tunnetaan vaihtokytkennänä", Grundler sanoo. Hän huomauttaa myös, että teoreettisesti magnonics-lähestymistapa voisi käsitellä dataa sähkömagneettisen spektrin terahertsialueella (vertailun vuoksi, nykyiset tietokoneet toimivat hitaammalla gigahertsialueella). Heidän on kuitenkin vielä osoitettava tämä kokeellisesti. "Tämän tekniikan lupaus kestävämmälle tietojenkäsittelylle on valtava. Tällä julkaisulla toivomme vahvistavamme kiinnostusta aaltopohjaista laskentaa kohtaan ja houkuttelevamme lisää nuoria tutkijoita kasvavalle magnoniikan alalle.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62702.php