Genombrott i utvecklingen av en ny typ av AI-dator
En energisnål utmanare till kvantdatorn som dessutom fungerar i rumstemperatur kan bli resultatet av forskning på Göteborgs universitet. Forskarna har visat att information kan överföras med hjälp av magnetiska vågrörelser i komplexa nätverk.
Spinntronik utforskar magnetiska fenomen i nanotunna skikt av magnetiska material som utsätts för magnetfält, elektriska strömmar och spänningar. Då skapas spinnvågor, krusningar i ett materials magnetisering som färdas med en specifik fas och energi.
Forskarna kan generera och styra spinnvågorna, vilket möjliggör en fasstyrd synkronisering mellan två så kallade spin Hall nano-oscillatorer. Genom att kontrollera fasen hos dessa vågor lyckades forskarteamet generera binära faser i hela nätverket. För första gången visade de att spinnvågor kan förmedla information både i fas och motfas mellan oscillatorerna. Fenomenet kan ställas in genom att justera antingen magnetfältet, den elektriska strömmen, den applicerade grindspänningen eller avståndet mellan oscillatorerna.
Tar fram bästa gissningen
Dessa framsteg banar väg för nästa generations Ising-maskiner, vilket är ett alternativ till kvantdatorer som kräver mycket mindre energi och som fungerar vid rumstemperatur.
Kvantdatorer och Ising-maskiner är användbara för att lösa så kallade kombinatoriska optimeringsproblem, där det gäller att ta fram den bästa gissningen snarare än det exakta svaret på en uppgift. Många AI-modeller siktar på att ta fram gissning som är bra nog för ändamålet. I dagens datorer kräver dessa AI-beräkningar väldigt mycket datorkraft och slukar därmed energi.
Nätverk av oscillatorer
– Med hjälp av spinnvågor har vi kommit närmare möjligheten att skapa högeffektiva datorsystem med låg effekt som kan lösa verkliga problem, säger Akash Kumar, huvudförfattare till studien som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Physics.
Efter genombrottet bygger forskarna på Göteborgs universitet nu nätverk med hundratusentals oscillatorer för att utveckla nästa generation Isingmaskiner. Eftersom oscillatorerna arbetar vid rumstemperatur och har ett fotavtryck på nanonivå kan dessa enheter enkelt anpassas till större system, men även till mindre apparater, som till exempel en mobiltelefon.
– Spinntronik har potential att påverka många olika områden, från artificiell intelligens och maskininlärning till telekommunikation och finanssystem. Möjligheten att kontrollera och manipulera spinnvågor i nanoskala kan leda till utvecklingen av kraftfullare och effektivare sensorer, och till och med högfrekventa aktiehandelsmaskiner, säger Akash Kumar.
Vetenskaplig artikel i Nature Physics: Spin-wave-mediated mutual synchronization and phase tuning in spin Hall nano-oscillators
Fakta: Ising-maskin
En Ising-maskin är en ny sorts beräkningssystem som efterliknar hur magnetiska spinn i ett fysiskt material organiserar sig för att nå ett stabilt tillstånd. Den används framför allt för att lösa komplexa optimeringsproblem på ett effektivt sätt. Istället för att beräkna steg för steg som i vanliga datorer, låter man systemets många små “spinn” samarbeta för att snabbt hitta den bästa lösningen. Ising-maskinen programmeras via styrkan på kopplingarna mellan de olika spinnen. Om kopplingen är positiv vill spinnen peka i samma riktning (i fas) och är den negativ vill de peka i motsatt riktning (motfas). Lösningen på problemet läser man sedan ut som alla de olika spinnens slutliga riktning efter att de har ställt in sig optimalt.
Kontakt: Akash Kumar, forskare på Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, e-post: akash.kumar@gu.se
Presskontakt: Telefon 076-618 69 70, e-post: press@science.gu.se