Умная синхронизация для устойчивой к ошибкам деформирующейся мультиферроидной логики

В цифровом вычислительном мире обработка данных, как правило, осуществляется с помощью транзисторных переключателей. Транзисторы при переключении рассеивают значительное количество энергии. Поэтому внимание в последнее время сосредоточено на «наномагнитной логике» (NML), где наномагниты заменяют транзисторы. Они выполняют те же функции, что и транзисторы, но рассеивают гораздо меньше энергии. Исследователи продемонстрировали, как увеличить вычислительную надежность особо энергоэффективной версии NML - деформирующейся мультиферроидной логики (straintronic multiferroic logic, SML). Здесь магниты переключаются с помощью электрически генерируемой механической деформации.

SML имеет ахиллесову пяту, которая присуща всем исполнениям наномагнитной логики с дипольной связью. Она имеет высокий потенциал к ошибкам, которые накапливаются от теплового шума, что нарушает динамику намагниченности. Используя стохастическое макромагнитное моделирования, исследователи из Университета Вирджинии и Вирджинского Университета Содружества показали, что частота ошибок может быть значительно снижена. Это осуществляется благодаря соответствующему "формированию" импульса напряжения, который генерирует деформацию в наномагнетике.

Исследователи смоделировали стохастическую магнитодинамику эллиптических мультиферроидных наномагнитов (Terfenol-D/PZT) с учетом теплового шума при комнатной температуре. Намагниченность каждого наномагнита имеет две устойчивых ориентаций вдоль главной оси эллипса, которые кодируют логические биты '0' и '1'. Цель заключается в обеспечении эффективной передачи информации между двумя соседними наномагнитами. Важно, чтобы эта передача была энергоэффективна и настолько устойчива к тепловому шуму, насколько это возможно.

Передача данных происходит от входного к выходному наномагниту, когда прикладывается короткий высоковольтный импульс, чтобы напрячь выходной наномагнит. После того как напряжение выключено, намагниченность выходного магнита должна опрокинуться. Однако есть тенденция того, чтобы она ориентировалась в неправильном направлении. Для повышения вероятности успеха прикладывается 'формированный' высоковольтный импульс, чтобы напрячь выходной наномагнит, за которым следует импульс низкого напряжения.

Импульс высокого напряжения быстро поворачивает намагниченность выходного наномагнита на большой угол. Далее, импульс низкого напряжения производит критическую деформацию, чтобы преодолеть конечный энергетический барьер вращения. Это устанавливает намагниченность выходного магнита в правильную ориентацию, что дает в результате успешную передачу данных, несмотря на наличие разрушительного теплового шума.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365