Год назад мало кто из компаний мог предвидеть те радикальные изменения, которые преподнесет 2020 год. К концу марта пандемия COVID-19 нарушила операции по всему миру, вынудив предприятия быстро адаптировать свою технологическую инфраструктуру для удаленного размещения всей или большей части своих сотрудников и справиться с беспрецедентным уровнем долгосрочной неопределенности.

Для многих предприятий обновление ИТ-инфраструктуры стало ключом к выживанию.

Как отмечает вице-президент IBM Research Мукеш Харе (Mukesh Khare), это означало ускорение планов по переносу дополнительных рабочих нагрузок в облако за счет внедрения гибридной облачной среды. По мере того, как компании проводят свои цифровые преобразования, они осознают ценность гибридных облачных сред и то, как получить максимальную отдачу от каждого облачного решения.

Год 2020 ознаменовал появление новых потребностей в технологиях, и пандемия побудила компании рассмотреть ряд проблем, связанных с растущим использованием гибридного облака. Они включали более широкое внедрение и экспериментирование с новыми технологиями безопасности, автоматизацию ИИ, ускоряющую и упрощающую переход к гибридному облаку, интеграция множества облаков и локальных систем в единую гибридную платформу и возможность использовать гибридное облако для переноса большего количества рабочих нагрузок на интеллектуальные периферийные устройства.

Ожидалось, что компании будут решать эти проблемы, применяя новые ресурсы и стратегии для достижения бизнес-результатов в мире, который по-прежнему будет требовать новых достижений в облачных исследованиях и ИИ. По мнению Мукеша Харе, в 2021 г. такие технологии безопасности, как конфиденциальные вычисления, квантово-безопасное и полностью гомоморфное шифрование, заставят даже самые регулируемые отрасли перейти на гибридное облако.

Уже очевидно, что в наступившем году компании продолжат децентрализацию ИТ-операций в гибридных облачных средах, и среди них будут компании даже из самых жестко регулируемых отраслей. Для защиты рабочих нагрузок в локальной среде и в общедоступном облаке, будут широко использоваться аппаратные системы, обеспечивающие эти возможности безопасности.

Поставщики по всему миру продолжат инвестировать в инновации в области безопасности, поскольку компании стремятся использовать технологии, в том числе конфиденциальные вычисления, в своих гибридных облачных средах как способ защиты данных во время обработки и при хранении.

Кроме того, технологические компании, включая IBM, создают квантовые компьютеры, готовые решить некоторые из наших самых сложных проблем, которые не могут решить самые мощные суперкомпьютеры в мире. Это также создает потенциальные риски, такие как возможность быстрого взлома алгоритмов шифрования и доступа к конфиденциальным данным. Мукеш Харе ожидает, что компании начнут внедрять квантово-безопасную криптографию и подготовятся к тому, когда крупномасштабные квантовые компьютеры станут частью нашего повседневного лексикона - не только для защиты данных, доступных сегодня, но и для защиты от будущих угроз.

Технологии ИИ, такие как методы на основе графов, обработка естественного языка (NLP) и объяснимый искусственный интеллект, уже применяются к человеческому языку. Теперь применение того же ИИ к машинному коду значительно ускорит перенос приложений в облако и последующее управление.

ИИ также улучшит опыт разработчиков облачных вычислений и инженеров по надежности, от автоматизации модернизации и развертывания приложений в новых средах до помощи в повседневном управлении приложениями. Фактически, роль инженеров по надежности сайтов будет расти, поскольку предприятия ускоряют использование методов и стратегий на основе ИИ, таких как ChatOps, для управления своими приложениями и средами.

В наступившем году инструменты с открытым исходным кодом помогут интегрировать многие облака и локальные системы в единую бесшовную гибридную платформу, сократив кривую обучения как для программистов, так и для непрограммистов. Компании примут модель развертывания приложений, которую будет проще программировать и использовать тем, у кого нет большого опыта в области гибридных облаков. Такие программы, как IBM Cloud Satellite, использующие Red Hat OpenShift, позволяют пользователям создавать, развертывать и управлять облачными сервисами в любой среде с единой информационной панели.

По заявлению Мукеш Харе, в 2021 г. мы увидим крупные прорывы в аппаратном обеспечении ИИ, используемом для создания и развертывания моделей ИИ. Эффективность систем обучения ИИ повысится почти на порядок по сравнению с лучшими коммерчески доступными системами сегодня. В сочетании с достижениями 5G устойчивые ИИ-вычисления на периферии могут стереть границу между облаком и периферией, предлагая ключевое технологическое обновление для гибридных облачных инфраструктур и безопасности моделей ИИ за счет хранения большего количества данных на периферии. Ожидается, что сотовая архитектура 5G станет катализатором широкого распространения граничных вычислений.

Как можно видеть, 2021 год будет сосредоточен как на повышении мощности, так и на повышении эффективности ИИ, чтобы он мог помочь предприятиям решить ряд задач по безопасному развертыванию, упрощению и управлению гибридными облачными средами для большего числа пользователей.

"Хотя в это разрушительное время не хватает хрустальных шаров, очевидно, что гибридные облачные технологии будут продолжать устранять препятствия для предприятий и быть перспективной стратегией", подытожил Мукеш Харе.

Компания Imec разработала архитектуру ячеек динамической памяти с произвольным доступом (DRAM), в которой отсутствует конденсатор, и поэтому их можно объединить в трехмерную структуру.

Классические конструкции DRAM, превышающие 32 ГБ, с трудом поддаются масштабированию, поскольку они становятся меньше в основном из-за конденсатора. Вместо этого Imec показала конструкцию с двумя маломощными тонкопленочными транзисторами из индия-галлия-цинка (IGZO-TFT) и без накопительного конденсатора. IGZO-TFT хорошо известны своим очень низким током отключения, а паразитная емкость транзистора считывания служит запоминающим элементом.

Ячейка 2T0C (2 транзистора, 0 конденсатора) имеет время удерживания более 400 с, что дополнительно снижает энергопотребление за счет гораздо большей частоты обновления. Это может быть реализовано на конечной стадии процесса CMOS (BEOL), чтобы разместить уровни динамической памяти поверх логики.

Компания Imec построила транзисторы с длиной затвора 45 нм на пластинах 300 мм и описала архитектурную картину в докладе на конференции IEDM.

«Помимо длительного времени хранения, ячейки DRAM на основе IGZO-TFT обладают вторым важным преимуществом перед современными технологиями DRAM. В отличие от кремния, транзисторы IGZO-TFT могут изготавливаться при относительно низких температурах и, таким образом, совместимы с обработкой BEOL, - сказал Гури Санкар Кар (Gouri Sankar Kar), программный директор Imec. - Это позволяет нам перемещать периферию ячейки памяти DRAM под массив памяти, что значительно сокращает занимаемую площадь кристалла памяти. Кроме того, обработка BEOL открывает пути к наложению отдельных ячеек DRAM, что позволяет создавать архитектуры 3D-DRAM».

Масштабирование памяти DRAM является ключевым элементом облачных вычислений и искусственного интеллекта, которые Европейская комиссия определила как ключевые для региона. Также было предложено множество различных архитектур для устранения конденсатора в DRAM.

«Наше революционное решение поможет разрушить так называемую стену памяти, позволяя памяти DRAM продолжать играть решающую роль в ресурсоемких приложениях, таких как облачные вычисления и искусственный интеллект», - сказал Кар.

Бесконденсаторная двухтранзисторная архитектура DRAM с низким энергопотреблением от Imec может быть объединена в трехмерную память как часть конечной стадии процесса кремниевой линии (BEOL)

Исследователи из Университета науки и технологий Похана (POSTECH) и Сеульского национального университета в Южной Корее продемонстрировали новый способ повышения энергоэффективности энергонезависимого устройства магнитной памяти под названием SOT-MRAM. Это открытие открывает новое окно захватывающих возможностей для будущей энергосберегающей магнитной памяти, основанной на спинтронике.

В современных компьютерах для хранения информации используется оперативная память (RAM). SOT-MRAM (spin-orbit torque magnetic RAM, магнитное ОЗУ со спин-орбитальным вращающимся моментом) является одним из основных кандидатов для технологий памяти следующего поколения, которые стремятся превзойти производительность различных существующих ОЗУ. SOT-MRAM может работать быстрее, чем самая быстрая из существующих RAM (SRAM), и сохранять информацию даже после отключения электропитания, тогда как все быстрые RAM, существующие сегодня, теряют информацию, как только источник энергии отключается. Однако нынешний уровень технологии SOT-MRAM не является удовлетворительным из-за высокого запроса на энергию - для записи информации требуется большой запас энергии (или большой ток). Снижение потребности в энергии и повышение энергоэффективности - нерешенная проблема для SOT-MRAM.

SOT-MRAM хранит информацию и записывает изменения с помощью изменений направлений намагничивания. Изменение направления намагничивания достигается за счет специального физического явления, называемого SOT, которое изменяет направление намагничивания при приложении тока. Для повышения энергоэффективности мягкие магниты являются идеальным выбором материала, поскольку их направления намагничивания можно легко менять с помощью небольшого тока. Мягкие магниты - плохой выбор для безопасного хранения информации, поскольку их направление намагничивания может быть изменено даже тогда, когда оно не требуется - из-за теплового шума или другого шума. По этой причине в большинстве попыток создания SOT-MRAM используются жесткие магниты, потому что их направление намагничивания нелегко изменить из-за шума. Но такой выбор материала неизбежно снижает энергоэффективность SOT-MRAM.

Совместная исследовательская группа под руководством проф. Хюнь-Ву Ли (Hyun-Woo Lee) с факультета физики POSTECH и проф. Цзе-Гынь Парка (Je-Geun Park) с факультета физики Сеульского национального университета продемонстрировала способ повышения энергоэффективности без ущерба для безопасного хранения. Они сообщили, что сверхтонкий теллурид железа-германия (Fe3GeTe2, FGT) - ферромагнитный материал с особой геометрической симметрией и квантовыми свойствами - переключается с жесткого магнита на мягкий при приложении небольшого тока. Таким образом, когда запись информации не предполагается, материал остается жестким магнитом, что хорошо для безопасного хранения, и только когда предполагается, материал переключается на мягкий магнит, что позволяет повысить энергоэффективность.

«Интригующие свойства слоистых материалов никогда не перестают меня удивлять: ток через FGT вызывает весьма необычный тип спин-орбитального момента (SOT), который изменяет энергетический профиль этого материала, переключая его с жесткого магнита на мягкий магнит. Это резко контрастирует с SOT в других материалах, которые могут изменять направление намагничивания, но не могут переключать жесткий магнит на мягкий магнит», - объясняет проф. Ли.

Эксперименты группы проф. Парка показали, что это устройство магнитной памяти на основе FGT очень энергоэффективно. В частности, измеренная величина SOT на приложенную плотность тока на два порядка больше, чем значения, сообщенные ранее для других материалов-кандидатов для SOT-MRAM.

«Управление магнитными состояниями с помощью небольшого тока имеет большое значение для следующего поколения энергоэффективных устройств. Они смогут хранить большие объемы данных и обеспечивать более быстрый доступ к данным, чем сегодняшние электронные запоминающие устройства, при этом потребляя меньше энергии», - отмечает д-р Кайсюань Чжан (Kaixuan Zhang), руководитель группы профессора Парка.

«Наши открытия открывают захватывающие возможности для применения в области электрической модуляции и спинтроники с использованием двумерных слоистых магнитных материалов», - заключил проф. Ли.

Будь то смартфоны, ноутбуки или мэйнфреймы - передача, обработка и хранение информации в настоящее время основаны на одном классе материалов - как это было на заре информатики около 60 лет назад. Однако новый класс магнитных материалов может поднять информационные технологии на новый уровень. Антиферромагнитные изоляторы обеспечивают скорость вычислений в тысячу раз выше, чем у обычной электроники, при значительно меньшем нагреве. Компоненты могут быть упакованы ближе друг к другу, и логические модули, таким образом, могут стать меньше, что до сих пор было ограничено из-за повышенного нагрева современных компонентов.

До сих пор проблема заключалась в том, что передача информации в антиферромагнитных изоляторах работала только при низких температурах. Но кто захочет положить свой смартфон в морозильную камеру, чтобы пользоваться им? Физики из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (JGU) теперь смогли устранить этот недостаток вместе с экспериментаторами из лаборатории CNRS/Thales, CEA в Гренобле и Национальной лаборатории сильных полей во Франции, а также теоретиками из Центра квантовой спинтроники (QuSpin) в Норвежском университете науки и технологий. «Мы могли передавать и обрабатывать информацию в стандартном антиферромагнитном изоляторе при комнатной температуре, и делать это на достаточно больших расстояниях, чтобы можно было обрабатывать информацию», - сказал ученый из JGU Эндрю Росс (Andrew Ross). Исследователи использовали оксид железа (α-Fe2O3), основной компонент ржавчины, в качестве антиферромагнитного изолятора, поскольку оксид железа широко распространен и прост в производстве.

Передача информации в магнитных изоляторах стала возможной благодаря возбуждениям магнитного порядка, известным как магноны. Они движутся как волны через магнитные материалы, подобно тому, как волны движутся по водной поверхности пруда после того, как в него был брошен камень. Ранее считалось, что эти волны должны иметь круговую поляризацию, чтобы эффективно передавать информацию. В оксиде железа такая круговая поляризация возникает только при низких температурах. Однако международная исследовательская группа смогла передать магноны на исключительно большие расстояния даже при комнатной температуре. Но как это работает? «Мы поняли, что в антиферромагнетиках с одной плоскостью два магнона с линейной поляризацией могут перекрываться и мигрировать вместе. Они дополняют друг друга, образуя примерно круговую поляризацию, - пояснил д-р Ромен Лебрен (Romain Lebrun), исследователь совместной лаборатории CNRS/Thales в Париже. - Возможность использования оксида железа при комнатной температуре делает его идеальной площадкой для разработки сверхбыстрых устройств спинтроники на основе антиферромагнитных изоляторов».

Важный вопрос в процессе передачи информации - насколько быстро информация теряется при перемещении через магнитные материалы. Количественно это можно зафиксировать с помощью величины магнитного затухания. «Исследованный оксид железа имеет одно из самых низких значений магнитного затухания, которое когда-либо регистрировалось в магнитных материалах, - пояснил профессор Матиас Кляуи (Mathias Kläui) из Института физики JGU. - Мы ожидаем, что методы сильного магнитного поля покажут, что другие антиферромагнитные материалы имеют такое же низкое затухание, что имеет решающее значение для разработки спинтронных устройств нового поколения. Мы разрабатываем такие маломощные магнитные технологии в долгосрочном сотрудничестве с нашими коллегами в QuSpin в Норвегии, и я рад видеть, что в результате этого сотрудничества появилась еще одна захватывающая работа».

Электрический ток возбуждает суперпозицию двух магнонов с линейной поляризацией (указано красными и синими стрелками). Впоследствии энергия переносится через антиферромагнитный изолятор. Это можно определить по электрическому напряжению

На протяжении десятилетий один материал настолько доминировал в производстве компьютерных чипов и транзисторов, что мировая технологическая столица - Кремниевая долина - носит его имя. Но правление кремния не может длиться вечно.

Исследователи из Массачусетского технологического института (МТИ) обнаружили, что сплав под названием InGaAs (арсенид индия-галлия) может обладать потенциалом для создания более компактных и более энергоэффективных транзисторов. Ранее исследователи считали, что производительность транзисторов InGaAs ухудшается при небольших масштабах. Но новое исследование показывает, что это видимое ухудшение не является внутренним свойством самого материала.

Это открытие может однажды помочь вывести вычислительную мощность и эффективность за пределы возможностей кремния. «Мы очень взволнованы, - сказала Сяовей Цай (Xiaowei Cai), ведущий автор исследования. - Мы надеемся, что этот результат побудит сообщество продолжить изучение использования InGaAs в качестве материала канала для транзисторов».

Цай, теперь работающая в Analog Devices, завершила исследование в качестве аспиранта в лабораториях технологий микросистем МТИ и на факультете электротехники и информатики (EECS) с проф. Хесусом дель Аламо (Jesús del Alamo).

Транзисторы - это строительные блоки компьютера. Один ноутбук может содержать миллиарды транзисторов. Для повышения вычислительной мощности в будущем, как это было на протяжении десятилетий, инженерам-электрикам придется разработать более компактные транзисторы с более плотной упаковкой. На сегодняшний день кремний является предпочтительным полупроводниковым материалом для транзисторов. Но InGaAs намекает, что может стать потенциальным конкурентом.

Электроны могут легко течь через InGaAs даже при низком напряжении. «Известно, что этот материал обладает отличными [электронными] транспортными свойствами», - говорит Цай. Транзисторы InGaAs могут быстро обрабатывать сигналы, что потенциально приводит к более быстрым вычислениям. Кроме того, транзисторы InGaAs могут работать при относительно низком напряжении, что означает, что они могут повысить энергоэффективность компьютера. Так что InGaAs может оказаться многообещающим материалом для компьютерных транзисторов. Но есть загвоздка.

Благоприятные свойства электронного транспорта в InGaAs, похоже, ухудшаются в малых масштабах - масштабах, необходимых для создания более быстрых и плотных компьютерных процессоров. Эта проблема привела некоторых исследователей к выводу, что наноразмерные транзисторы InGaAs просто не подходят для этой задачи. Но, говорит Цай, «мы обнаружили, что это заблуждение».

Команда нашла, что небольшие проблемы с производительностью InGaAs частично связаны с улавливанием оксидов. Это явление заставляет электроны застревать при попытке пройти через транзистор. «Транзистор должен работать как переключатель. Вы должны иметь возможность включать напряжение и иметь большой ток, - говорит Цай. - Но если у вас есть захваченные электроны, происходит то, что когда вы включаете напряжение, но у вас есть только очень малый ток в канале. Так что коммутационная способность намного ниже, когда у вас есть захват оксида».

Команда Цай определила причину захвата оксидов, изучив частотную характеристику транзистора - скорость, с которой электрические импульсы проходят через транзистор. На низких частотах производительность наноразмерных транзисторов InGaAs ухудшилась. Но на частотах 1 ГГц и выше они работали нормально - улавливание оксидов больше не было помехой. «Когда мы использовали эти устройства на очень высокой частоте, мы заметили, что производительность действительно хорошая, - говорит она. - Они конкурентоспособны с кремниевой технологией».

Цай надеется, что открытие ее команды даст исследователям новую причину для разработки компьютерных транзисторов на основе InGaAs. Работа показывает, что проблема, которую необходимо решить, заключается не в самом транзисторе InGaAs. Это проблема улавливания оксидов. «Мы считаем, что это проблема, которую можно решить или спроектировать», - говорит она. И добавляет, что InGaAs показал себя многообещающим как в классических, так и в квантовых вычислительных приложениях.

Исследовательская группа из Университета Тохоку во главе с нынешним президентом Хидео Оно (Hideo Ohno) разработала самые маленькие в мире (2,3 нм) высокопроизводительные магнитные туннельные переходы (MTJ). Ожидается, что эта работа ускорит продвижение энергонезависимой памяти сверхвысокой плотности, малой мощности и высокой производительности для различных приложений, таких как IoT, ИИ и автомобили.

Разработка STT-MRAM (Spin-Transfer Torque MRAM, запись данных с помощью переноса спинового момента) - энергонезависимой спинтронной памяти - поможет снизить растущее энергопотребление при масштабировании полупроводниковых устройств. Решающее значение для интеграции STT-MRAM в усовершенствованные интегральные схемы имеет масштабирование магнитного туннельного перехода - основного компонента STT-MRAM - при одновременном улучшении его производительности при хранении данных и операциях записи.

MTJ с анизотропией формы, предложенный той же группой в 2018 году, показал уменьшение MTJ до единиц нанометров при достижении достаточных свойств сохранения данных (термостабильности). В MTJ с анизотропией формы термическая стабильность повышается за счет увеличения толщины ферромагнитного слоя. Однако когда толщина превышает определенный предел, надежность устройства снижается.

Чтобы решить проблему с традиционным MTJ с анизотропией формы с единой ферромагнитной структурой, группа использовала новую структуру, в которой используются магнитостатически связанные многослойные ферромагнетики. Разработанные MTJ были успешно уменьшены до диаметра 2,3 нм - самого маленького размера MTJ в мире. Они также продемонстрировали высокие характеристики удержания данных при температуре до 200° C и высокую скорость записи при низком напряжении - до 10 нс при напряжении ниже 1 В в масштабе единиц нанометра.
«Производительность доказывает способность разработанных MTJ работать с передовыми интегральными схемами будущего поколения, - сказал Буцурин Джиннаи (Butsurin Jinnai), первый автор исследования. - Благодаря совместимости материалов со стандартной системой материалов MTJ, CoFeB/MgO, предлагаемая структура MTJ может быть легко адаптирована к существующей технологии MTJ». Группа считает, что это ускорит разработку маломощной и высокопроизводительной памяти сверхвысокой плотности для различных приложений, таких как IoT, ИИ и автомобили.

Самый маленький в мире высокопроизводительный магнитный туннельный переход

OptoCplrLT, разработанный Optoscribe в Шотландии, использует технику высокоскоростной лазерной записи для создания изогнутых зеркал в стеклянном чипе для направления света на кремниевые фотонные решетки или от них.

Компания Optoscribe в Шотландии выпустила монолитный стеклянный чип для связи с кремниевыми фотонными решетками (SiPh) с низкими потерями.

OptoCplrLT разработан для решения проблем подключения стеклянных волокон к фотонным интегральным схемам (PIC) SiPh, чтобы обеспечить автоматическую сборку в больших объемах и снизить затраты. Стеклянный чип создается с помощью запатентованной технологии высокоскоростной лазерной записи Optoscribe. Она формирует изогнутые зеркала с низкими потерями света в стекле, которые направляют свет на элементы связи SiPh-решеток или от них. Это предотвращает потребность в устойчивых к изгибу волокон, которые могут быть дорогими.

Чтобы уменьшить общий размер волоконно-оптических систем, OptoCplrLT имеет низкопрофильный интерфейс высотой менее 1,5 мм для компактной компоновки интерфейсов. Он также совместим со стандартными в отрасли материалами и процессами. Например, стеклянный чип имеет коэффициент теплового расширения, соответствующий кремниевому чипу, что помогает максимизировать производительность.

«Поскольку операторы ЦОД и производители приемопередатчиков ищут инновационные решения для преодоления проблем соединения оптоволокна с SiPh PIC, мы рады представить OptoCplrLT, чтобы помочь удовлетворить рыночные требования к производительности, стоимости и объему, а также помочь преодолеть ряд препятствий, включающих упаковку и интеграцию приемопередатчиков SiPh», - сказал Рассел Чайлдс (Russell Childs), генеральный директор Optoscribe.

Компания была выделена из Университета Хериот-Ватт в 2010 году для коммерциализации процесса лазерной записи для приложений передачи данных и телекоммуникаций. Она собрала 8,2 миллиона фунтов стерлингов и произвела прецизионные матрицы для выравнивания волокон, межкомпонентные соединения между волокнами и разветвления для многожильных волокон, а также SiPh-соединения и оптические узлы.

Фильтрация спинов может стать ключом к более быстрому и более энергоэффективному переключению в будущей спинтронной технологии, позволяя обнаруживать спин с помощью электрических, а не магнитных средств.

В статье UNSW, опубликованной в прошлом месяце, демонстрируется обнаружение спинов с использованием спинового фильтра для разделения ориентации спинов в соответствии с их энергиями.

Сверхбыстрые спинтронные устройства со сверхнизким энергопотреблением - это захватывающая технология, выходящая за рамки КМОП.

Возникающая область спинтронных устройств использует дополнительную степень свободы, обеспечиваемую квантовым спином частиц, в дополнение к его заряду, что позволяет проводить сверхбыстрые вычисления со сверхнизкой энергией.

Ключевым моментом является способность генерировать и обнаруживать вращение по мере его накопления на поверхности материала.

Целью исследователей является генерирование и обнаружение спина с помощью электрических, а не магнитных средств, потому что электрические поля гораздо менее энергозатратные, чем магнитные поля.
Энергоэффективная спинтроника зависит как от генерации, так и от обнаружения спина электрическими средствами.

В полупроводниковых системах с сильной спин-орбитальной связью полностью электрическая генерация спина уже успешно продемонстрирована.

Однако для обнаружения преобразования спина в заряд всегда требовался широкий диапазон магнитных полей, что ограничивало скорость и практичность.

В этом новом исследовании ученые из UNSW использовали нелинейные взаимодействия между накоплением спина и токами заряда в дырках из арсенида галлия, демонстрируя полностью электрическое преобразование спина в заряд без необходимости использования магнитного поля.

«Наша методика обещает новые возможности для быстрого обнаружения спина в самых разных материалах без использования магнитного поля», - объясняет ведущий автор д-р Элизабет Марчеллина (Elizabeth Marcellina).

Ранее создание и обнаружение накопления спинов в полупроводниках достигалось с помощью оптических методов или с помощью пары спиновый эффект Холла—обратный спиновый эффект Холла.

Однако эти методы требуют большой длины спиновой диффузии, а это означает, что они не применимы к материалам с сильной спин-орбитальной связью с короткой спиновой диффузионной длиной.

В исследовании UNSW представлен новый метод обнаружения накопления спинов - использование спинового фильтра, который разделяет разные ориентации спинов в зависимости от их энергии.
Как правило, спиновые фильтры основаны на приложении сильных магнитных полей, что непрактично и может мешать накоплению спина.

Вместо этого команда UNSW использовала нелинейные взаимодействия между накоплением спина и зарядом, которые облегчают преобразование накопления спина в токи заряда даже при нулевом магнитном поле.

«Используя баллистические мезоскопические дырки из арсенида галлия в качестве модельной системы для материалов с сильной спин-орбитальной связью, мы продемонстрировали нелинейное преобразование спина в заряд, которое является полностью электрическим и не требует магнитного поля», - говорит автор-корреспондент проф. Дими Калсер (Dimi Culcer) из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW).

«Мы показали, что нелинейное преобразование спина в заряд полностью согласуется с данными, полученными в результате измерений линейного отклика, и происходит на порядки быстрее», - говорит автор-корреспондент проф. Алекс Гамильтон (Alex Hamilton), также из UNSW.

Поскольку нелинейный метод не требует магнитного поля или большой длины спиновой диффузии, он обещает новые возможности для быстрого обнаружения накопления спинов в сильновзаимодействующих спин-орбитальных материалах с короткими спиновыми диффузионными длинами, таких как TMDC (Transition metal dichalcogenide monolayers) и топологические материалы.

Наконец, скорость нелинейного преобразования спина в заряд может обеспечить возможность считывания с временным разрешением накопления спина с разрешением до 1 наносекунды.

Ведущий автор д-р Элизабет Марчеллина - физик-теоретик и экспериментатор

Технический директор Amazon Вернер Фогельс (Werner Vogels) в своем выступлении на конференции AWS re:Invent сделал ряд прогнозов в отношении новых направлений развития облака.

Его виртуальный доклад затронул ряд тем, включая новые облачные инструменты для разработчиков и акцент на операционной прозрачности.

В частности он остановился на уроках, полученных в результате воздействия глобальной пандемии. Одним из них была разработка студентов-инженеров из Миланского политехнического университета. Наблюдая длинные очереди в итальянских супермаркетах во время локдауна в марте, они быстро разработали краудсорсинговое приложение, которое направляло местных жителей в нестоль загруженные магазины поблизости.

«Эти приложения разрабатывались не за два-три месяца, а за считанные дни, - отметил Фогельс во время своего выступления в четверг. - Все дело в скорости».

Фогельс также был впечатлен тем, как пандемия меняла образовательные платформы. В качестве примера он привел данные польского стартапа Brainly, который объявил, что использование виртуальной платформы краудсорсинга для обучения выросло со 150 млн. пользователей до пандемии до 350 млн. сегодня.

«Большая часть образования переехала в онлайн, - отметил он. - И это не покинет нас в ближайшее время. Это определенно та область, в которой мы увидим множество инноваций».

По словам Фогельса, технологии также могут влиять на сообщества по всему миру. Однако для этого потребуется больше внимания уделять интерфейсам человек-машина – они сделают технологии более доступными. Это говорит о продолжающемся росте интереса к диалоговым инструментам - тенденции, отмеченной AWS в начале декабря, когда она анонсировала набор новых решений для распознавания голоса.

"Технологии должны быть доступны не только для нас, цифровых знатоков, но и для всех, к примеру, для мелкого фермера из Индонезии" - сказал Фогельс.

Упоминание Фогельсом индонезийских фермеров не было случайным. Он действительно разговаривал с фермерами в Индонезии. Технический директор Amazon ведет новую серию видео под названием «Now Go Build», в которой он путешествует по Европе, Африке и Юго-Восточной Азии, исследуя, как люди решают некоторые из самых насущных проблем мира.

Помимо того, что Фогельс уделил особое внимание доступности технологий, он также поразмышлял в своем выступлении о том, в каком направлении они движутся. Две из таких областей, которые он выделил особо, были квантовые вычисления и аэрокосмическая промышленность.

Для помощи клиентам облачных вычислений, которые хотят экспериментировать с квантовыми алгоритмами, работающими на платформе AWS, компания в августе официально запустила свою службу квантовых вычислений Amazon Bracket. Кроме того, Amazon также разрабатывает собственный квантовый компьютер, для чего активно привлекает ученых-исследователей.

«В ближайшие год или два мы увидим, что среда разработки программного обеспечения резко изменится, - сказал Фогельс во время краткого обсуждения интереса AWS к квантовой сфере. - Это определенно та область, в которой AWS должна быть, потому что мы действительно хотим избавиться от тяжелой работы».

AWS особенно заинтересована в своем присутствия в аэрокосмической отрасли, чтобы использовать возможности в этом секторе. В июне компания открыла новый бизнес по производству аэрокосмических и спутниковых решений. Его возглавит Тереза Карлсон (Teresa Carlson), руководящая практикой AWS в государственном секторе.

Стратегия AWS в аэрокосмической сфере базируется на микроспутниках. Так, проект Kuiper Amazon предусматривает размещение около 3200 спутников на низкой орбите вокруг Земли для улучшения предоставления интернет-услуг. Ожидается также, что в ближайшие годы десятки тысяч спутников будут запущены другими компаниями. AWS уже построила шесть специализированных наземных станций по всему миру, которые будут использоваться для связи с орбитальными системами.

«Мы полностью демократизировали доступ к спутникам, - сказал Фогельс. - Это поможет людям во всем мире получить доступ к важнейшим цифровым услугам. Облако теперь побеждает в космосе». 

Вернер Фогель у модели квантового компьютера AWS

Резистивная память (мемристор) на основе графена, который может существовать во многих различных состояниях, была разработана и продемонстрирована Томасом Шрангхамером (Thomas Schranghamer), Аарьяном Оберой (Aaryan Oberoi) и Саптарши Дасом (Saptarshi Das) из Университета штата Пенсильвания в США.

Используя моделирование и эксперименты, команда показала, как это устройство может быть использовано для существенного повышения производительности искусственных нейронных сетей - систем, которые когда-нибудь могут составить конкуренцию обычным компьютерам и даже заменить их.

Несмотря на десятилетия неуклонного роста, достижения в области полупроводниковых технологий, используемых в цифровых вычислениях, демонстрируют явные признаки замедления. Чтобы удовлетворить растущий спрос на вычислительные мощности, исследователи разрабатывают новые технологии, имитирующие работу нейронов человеческого мозга, которые выполняют как хранение, так и обработку информации. Это потенциально может быть намного более эффективным, чем современные компьютерные архитектуры, которые требуют как времени, так и энергии для передачи данных между отдельными компонентами хранения и обработки.

В принципе, этого можно достичь с помощью искусственных нейронных сетей (ИНС), которые учатся выполнять задачи на примерах. ИНС - это сети искусственных нейронов, которые влияют друг на друга через синапсы. Сила влияния между нейронами называется синаптическим весом, который может изменяться в процессе обучения.

Одним из способов регулирования синаптического веса является использование мемристоров, представляющие собой зарождающиеся электронные устройства, которые существуют в состояниях проводимости/сопротивления, которые зависят от количества заряда, прошедшего через них. В идеале, мемристоры, используемые в ИНС, должны иметь большое количество состояний проводимости/сопротивления, но современные конструкции мемристоров имеют тенденцию быть бинарными, то есть они могут работать только с двумя состояниями.

Теперь Дас и его коллеги создали мемристор на основе графена, имеющий 16 проводящих состояний, которые можно надежно сохранять и считывать. «Мы показали, что можем с точностью управлять большим количеством состояний памяти, используя простые графеновые полевые транзисторы», - говорит Дас.

Команда также показала, что в отличие от фиксированных состояний в обычных мемристорах, состояния в устройствах на основе графена можно легко запрограммировать на произвольные значения проводимости. Эта гибкость может сделать их еще более ценными для создания ИНС. Наконец, команда продемонстрировала вычислительную технику для разумного присвоения значений синаптического веса, обеспечивающую уровни точности, необходимые для сложных ИНС.

Трио надеется, что их дизайн приведет к новым разработкам нейронных сетей с эффективным использованием пространства, высокой скорости и малой мощности, которые в будущем можно будет расширить для коммерческих приложений. Если они будут достигнуты, эти усилия вскоре могут привести к широкому использованию мемристоров на основе графена в новых технологиях, начиная от беспилотных автомобилей и заканчивая Интернетом вещей.

Художественная концепция запускающего синапса на основе мемристора из графена