耗電量巨大，耗電量巨大的大數(shù)據(jù)最終可能會(huì)滿足要求。

西北大學(xué)和意大利墨西拿大學(xué)的電氣工程師已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種新的磁存儲(chǔ)設(shè)備，該設(shè)備有可能支持以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算浪潮，而這需要不斷增加的功率，存儲(chǔ)和速度。

該器件基于反鐵磁(AFM)材料，是同類產(chǎn)品中最小的，并且以低電流記錄數(shù)據(jù)以進(jìn)行操作。

西北研究的Pedram Khalili說(shuō)：“大數(shù)據(jù)的興起已使人工智能(AI)在云和邊緣設(shè)備中出現(xiàn)，并從根本上改變了計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)行業(yè)。”“但是，現(xiàn)有的硬件無(wú)法維持以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算的快速增長(zhǎng)。我們的技術(shù)有可能解決這一挑戰(zhàn)。”

這項(xiàng)研究將于2月10日發(fā)表在《自然電子》雜志上。

Khalili是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院的電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授。他與墨西拿大學(xué)電氣工程副教授Giovanni Finocchio共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。該團(tuán)隊(duì)還包括McCormick的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授Matthew Grayson。都是哈利利實(shí)驗(yàn)室成員的史家誠(chéng)和維克托·洛佩茲·多明格斯(Victor Lopez-Dominguez)都是該論文的第一作者。

從承諾到可能

盡管AI有望改善社會(huì)許多領(lǐng)域，包括醫(yī)療保健系統(tǒng)，交通運(yùn)輸和安全性，但AI只有在計(jì)算機(jī)能夠支持的情況下才能發(fā)揮其潛力。

理想情況下，AI需要當(dāng)今存儲(chǔ)技術(shù)的所有最佳部分：速度與靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)一樣快，并且存儲(chǔ)容量類似于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)或閃存。最重要的是，它還需要低功耗。

Khalili說(shuō)：“目前沒(méi)有滿足所有這些需求的存儲(chǔ)技術(shù)。”“這導(dǎo)致了所謂的“內(nèi)存瓶頸”，嚴(yán)重限制了當(dāng)今AI應(yīng)用程序的性能和能耗。”

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，Khalili和他的合作者們使用了AFM材料。在AFM材料中，由于稱為“自旋”的量子力學(xué)特性，電子的行為像微型磁鐵一樣，但由于自旋以反平行方式排列，因此材料本身并未表現(xiàn)出宏觀磁化。

通常，存儲(chǔ)設(shè)備需要電流以保持存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。但是在AFM材料中，執(zhí)行此任務(wù)的是磁性有序的自旋，因此不需要連續(xù)施加的電流。另外，不能通過(guò)外部磁場(chǎng)擦除數(shù)據(jù)。由于密集包裝的設(shè)備不會(huì)與磁場(chǎng)相互作用，因此基于AFM的設(shè)備非常安全，并且易于按比例縮小尺寸。

易于采用的技術(shù)

由于它們固有地快速安全，并且使用較低的功率，因此在過(guò)去的研究中已經(jīng)對(duì)AFM材料進(jìn)行了研究。但是以前的研究人員在控制材料中的磁序時(shí)遇到了困難。

Khalili和他的團(tuán)隊(duì)使用了反鐵磁鉑錳的柱子-以前沒(méi)有探索過(guò)的幾何形狀。這些支柱的直徑僅為800納米，比以前的基于AFM的存儲(chǔ)設(shè)備小10倍。

重要的是，最終的設(shè)備與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造規(guī)范兼容，這意味著當(dāng)前的制造公司可以輕松采用新技術(shù)，而無(wú)需投資購(gòu)買新設(shè)備。

Khalili說(shuō)：“這帶來(lái)了AFM存儲(chǔ)器-從而帶來(lái)了大規(guī)模的高性能磁性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)-”。“這對(duì)工業(yè)界來(lái)說(shuō)是一筆大買賣，因?yàn)楫?dāng)今對(duì)技術(shù)和材料的需求日益旺盛，以擴(kuò)展MRAM的規(guī)模和性能，并增加工業(yè)界已經(jīng)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行投入以用于制造的巨大投資回報(bào)。”

Khalili的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在為將這種應(yīng)用程序翻譯的下一步工作。

Khalili說(shuō)：“我們正在努力進(jìn)一步縮小這些設(shè)備的尺寸，并改善讀出其磁性狀態(tài)的方法。”“我們還正在尋找將數(shù)據(jù)寫(xiě)入AFM材料的更節(jié)能的方法，例如用電壓代替電流，這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，它可能會(huì)將能效進(jìn)一步提高另一個(gè)數(shù)量級(jí)或更多。”