| 0 |
|
Науковці з Бостонського коледжу та Хіміко-технологічного університету в Празі розробили революційний «спіновий транзистор» на основі атомарно тонкого матеріалу. Пристрій здатний одночасно обробляти та зберігати дані, що обіцяє розв'язати критичну проблему енергоспоживання у сфері штучного інтелекту. Результати дослідження, що пропонують новий підхід до проєктування напівпровідників, були опубліковані в журналі Physical Review Letters.
Сучасний штучний інтелект стикається з серйозною енергетичною кризою, спричиненою фізичним «затором» усередині процесорів. Комп'ютери змушені постійно пересилати мільярди параметрів складних моделей між окремими блоками обчислень та пам'яті. Цей бар'єр, відомий як «вузьке місце фон Неймана», суттєво обмежує швидкість роботи та викликає величезні витрати електроенергії.
Рішенням може стати спінтроніка - галузь фізики, що використовує не лише електричний заряд електрона, а і його спін (внутрішній магнітний момент). Головною метою спінтроніки є створення «спінового транзистора» - єдиного елемента, який поєднує функції магнітного біта пам'яті та напівпровідникового перемикача.
Аби вирішити завдання, група вчених під керівництвом професора фізики Бостонського коледжу Браяна Чжоу (Brian Zhou) розробила спеціальний квантовий мікроскоп на основі односпінового датчика (NV-центрів у алмазі). Прилад дозволив буквально «побачити» магнітні стани всередині атомарно тонких пристроїв безпосередньо під час обробки електричних сигналів.
«Головне викликом було зрозуміти, як саме магнетизм та електричний струм взаємодіють у нанорозмірних пристроях», - пояснив професор Браян Чжоу. Традиційні спінові транзистори вимагають з'єднання двох різних матеріалів - магніту та напівпровідника, що призводить до втрат енергії на їхньому стику. Дослідники обійшли цю проблему, використавши кристал броміду сульфіду хрому (CrSBr) товщиною лише у два атомарні шари.
«Створивши єдиний кристал ван-дер-Ваальса CrSBr, який від природи має як напівпровідникові, так і магнітні властивості, ми повністю усунули втрати на міжфазних межах», - зазначив професор Зденек Софер (Zdeněk Sofer) із Празького хіміко-технологічного університету.
Унікальна конструкція пристрою змушує струм проходити як уздовж, так і між двома магнітними шарами CrSBr. Стан транзистора («увімкнено»/«вимкнено») можна перемикати як за допомогою напруги на електроді, що керує, так і шляхом зміни магнітної орієнтації шарів.
Ключовим фактором прориву стало використання режиму провідності, «обмеженої просторовим зарядом». Внутрішнє накопичення та взаємне відштовхування зарядів у матеріалі дозволило керувати струмом не за лінійним законом Ома, а за степеневою залежністю. «Степеневий закон масштабування дозволяє нам радикально змінювати провідність, - підкреслив провідний автор дослідження, аспірант Томас Грем (Thomas K. M. Graham). - Наш пристрій досягає коефіцієнта електричного перемикання в 1 000 000%, а магнітного - у 3000%, що суттєво перевищує результати попередніх спроб».
Об'єднуючи функцію обчислення та енергонезалежну пам'ять в одному компоненті, розроблена архітектура відкриває шлях до створення надзвичайно ефективних процесорів типу "instant-on" (із миттєвим запуском). Чипам більше не доведеться зчитувати дані із зовнішньої пам'яті, що знизить споживання енергії в рази. За словами вчених, представлена технологія закладає фундамент для реконфігурованих обчислювальних схем майбутнього, які зможуть перепрограмовуватися прямо під час роботи.
Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI
| 0 |
|
