Дослідники розробляють збільшений спінтронний комп’ютер

Дослідники з Університету Тохоку, Університету Мессіни та Університету Каліфорнії в Санта-Барбарі (UCSB) розробили збільшену версію імовірнісного комп’ютера (p-комп’ютера) зі стохастичними спінтронними пристроями, який підходить для складних обчислювальних задач, таких як комбінаторні. оптимізація та машинне навчання.

Закон Мура передбачає, що комп’ютери стають швидшими кожні два роки завдяки еволюції напівпровідникових мікросхем. Хоча це те, що історично сталося, продовження еволюції починає відставати. Революції в машинному навчанні та штучному інтелекті означають, що потрібні набагато вищі обчислювальні здібності. Квантові обчислення є одним зі способів розв’язання цих проблем, але значні перешкоди для практичної реалізації масштабованих квантових комп’ютерів залишаються.

P-комп’ютер використовує природні стохастичні будівельні блоки, які називаються імовірнісними бітами (p-бітами). На відміну від бітів у традиційних комп’ютерах, p-біти коливаються між станами. P-комп’ютер може працювати при кімнатній температурі та діє як доменно-спеціальний комп’ютер для широкого спектра застосувань у машинному навчанні та штучному інтелекті. Подібно до того, як квантові комп’ютери намагаються розв’язати за своєю суттю квантові проблеми у квантовій хімії, p-комп’ютери намагаються впоратися з ймовірнісними алгоритмами, які широко використовуються для складних обчислювальних задач у комбінаторній оптимізації та вибірці.

Нещодавно дослідники з Університету Тохоку, Університету Пердью та UCSB показали, що p-біти можуть бути ефективно реалізовані за допомогою відповідним чином модифікованих спінтронних пристроїв, які називаються стохастичними магнітними тунельними переходами (sMTJ). Досі p-біти на основі sMTJ реалізовувалися в невеликому масштабі; і лише спінтронний p-комп’ютер підтвердив концепції комбінаторної оптимізації та машинного навчання.

Дослідницька група представила два важливі досягнення на 68-й Міжнародній зустрічі з електронних пристроїв (IEDM) 6 грудня 2022 року.

По-перше, вони показали, як p-біти на основі sMTJ можна поєднати зі звичайними та програмованими напівпровідниковими чіпами, а саме з програмованими вентильними матрицями (FPGA). Комбінація «sMTJ+FPGA» дозволяє реалізовувати набагато більші мережі p-біт в апаратному забезпеченні, виходячи за рамки попередніх невеликих демонстрацій.

По-друге, імовірнісна емуляція квантового алгоритму, імітованого квантового відпалу (SQA), була виконана в гетерогенних p-комп’ютерах «sMTJ+FPGA» із систематичними оцінками для задач жорсткої комбінаторної оптимізації.

Дослідники також порівняли продуктивність p-комп’ютерів на основі sMTJ з класичним обчислювальним обладнанням, таким як графічні процесори (GPU) і тензорні процесори (TPU). Вони показали, що р-комп’ютери, які використовують високопродуктивний sMTJ, який раніше продемонструвала команда з Університету Тохоку, можуть значно підвищити пропускну здатність і енергоспоживання порівняно зі звичайними технологіями.

«Наразі p- комп’ютер «s-MTJ+FPGA » є прототипом із дискретними компонентами», — сказав професор Шунсуке Фукамі, який входив до дослідницької групи. «У майбутньому можуть стати можливими інтегровані p-комп’ютери, які використовують сумісні з процесом напівпровідникові технології магніторезистивної пам’яті з довільним доступом (MRAM), але для цього знадобиться підхід спільного проєктування з експертами з матеріалів, фізики, схемотехніки та алгоритмів. потрібно принести». Джерело