Naukowcy z Uniwersytetu Tokijskiego opracowali magnetyczne urządzenie przełączające, które działa z prędkością do 1000 razy większą niż istniejące akceleratory AI, zużywając jednocześnie znacznie mniej energii i wytwarzając minimalną ilość ciepła. Ta innowacja ma na celu rozwiązanie problemu przegrzania i wyczerpania baterii w urządzeniach elektronicznych, co mogłoby zwiększyć wydajność komputerów i smartfonów.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Science na początku tego tygodnia i opierają się one na badaniu opublikowanym w czasopiśmie Nature w styczniu 2025 r. Nowe urządzenie wykorzystuje metodę odwracanie binarnego stanu magnetycznego z szybkością pikosekundową, co stanowi znaczny postęp w porównaniu z przełączaniem w skali nanosekundowej typowym dla procesorów opartych na krzemie. Badanie dotyczy wytwarzania ciepła, które wzrasta wraz z szybkością procesora i powoduje nadmierne zużycie energii w centrach danych.
Naukowcy skonstruowali urządzenie spintroniczne, wykorzystując związek manganu i cyny (Mn3Sn), znany ze swoich właściwości antyferromagnetycznych. Tego typu urządzenia wykorzystują zarówno ładunek, jak i spin elektronów, umożliwiając bardziej wydajne przetwarzanie, przechowywanie i transmisję danych w porównaniu z tradycyjnymi półprzewodnikami.
W ramach weryfikacji koncepcji zespół wykazał, że wysłanie 40-pikosekundowego impulsu elektrycznego przez antyferromagnes powoduje zmianę jego stanu magnetycznego przy minimalnym wytwarzaniu ciepła oporowego. Proces ten zużywa mniej energii niż obecne akceleratory AI, co podnosi oczekiwania w zakresie rozwoju wydajniejszego sprzętu AI.
Jedna pikosekunda odpowiada jednej bilionowej sekundy, co oznacza, że jest ona 1000 razy krótsza niż nanosekunda. Jeśli technologia ta przejdzie z badań do zastosowań komercyjnych, mogłaby być korzystna dla usług kwantowych opartych na chmurze, potencjalnie zwiększając dostępność optycznych obliczeń kwantowych. Profesor Tomo Nakatsuji stwierdził: „istnieje (również) możliwość, że dane, których pobranie zajmuje godzinę, zostaną przetworzone w ciągu jednej sekundy”.
Należy zauważyć, że choć 1000-krotne zwiększenie szybkości przełączania stanu binarnego stanowi znaczny postęp, nie przekłada się to na tysiąckrotny wzrost ogólnej szybkości obliczeniowej ze względu na złożoność systemów komputerowych, które zależą od współpracy wielu komponentów sprzętu i oprogramowania.
