Newsswise-международная команда исследователей, возглавляемая физиками из Венского университета, достигла прорыва в обработке данных, используя подход «обратного определения». Этот метод позволяет алгоритмам настраивать систему на основе желаемых функций, обходить ручной проектирование и сложное моделирование. Результатом является умное «универсальное» устройство, которое использует спинные волны («Magnons») для выполнения нескольких задач обработки данных с исключительной энергоэффективностью. Опубликовано в Природа ЭлектроникаЭто инновация знаменует собой преобразующий прогресс в нетрадиционных вычислениях, что со значительным потенциалом для телекоммуникаций, вычислений и нейроморфных систем следующего поколения.
Современная электроника сталкивается с критическими проблемами, включая высокое потребление энергии и увеличение сложности дизайна. В этом контексте Magnonics — использование магнитов или квантованные спиновые волны в магнитных материалах — предлагает многообещающую альтернативу. Магнины обеспечивают эффективную транспортировку и обработку данных с минимальной потерей энергии. Благодаря растущему спросу на инновационные вычислительные решения, от 5G и предстоящих сетей 6G до нейроморфных вычислений (имитирующих функции мозга), Magnonics представляет собой сдвиг парадигмы, который переосмысливает, как устройства разрабатываются и работают. Разработка инновационного магнонического процессора, который обеспечивает высоко адаптивные и энергоэффективные вычислительные вычисления, была проблемой, с которой Андрия Чумак из Венского наномагнетизма и группы Magnonics и его сотрудников успешно встретились.
Успех через пробную версию и ошибку
Noura Zenbaa, первая автор исследования, вместе со своими коллегами вокруг Dieter Süss, физика функциональных материалов в Венском университете, построила уникальную экспериментальную установку с использованием 49 индивидуально контролируемых текущих петлей на пленке иттрия-железо-газ (YIG). Эти петли создали перестраиваемые магнитные поля для управления и магнитов. Используя подход «обратного дизайна», команда позволила алгоритмам определить оптимальные конфигурации для достижения желаемых функций устройства, значительно оптимизируя процесс проектирования. После более чем двух лет разработки и тестирования команда преодолела много проблем. «Это было тяжелое путешествие, но видеть, как все это собралось вместе с нашим первым успешным измерением, было невероятно полезно», — сказала Нура Зенбаа.
Создание более зеленых технологий
Прототип команды продемонстрировал две ключевые функции: выступая в качестве фильтра Notch (компонент, который блокирует определенные частоты) и как демольтиплекзер (устройство, которое направляет сигналы на разные выходы). Эти возможности имеют решающее значение для беспроводных коммуникаций следующего поколения, таких как 5G и 6G. В отличие от традиционных систем, которые требуют пользовательских компонентов, это универсальное оборудование может быть адаптировано для различных применений, снижения сложности, затрат и потребления энергии. Постоянные исследования показывают, что устройство также может выполнять все логические операции на двоичных данных, а при масштабировании оно может конкурировать с традиционными компьютерами. Команда планирует интегрировать эту технологию в нейроморфные вычисления и другие передовые системы. Хотя текущий прототип является большим и интенсивным энергией, сокращение его до 100 нанометров может разблокировать исключительную эффективность, проложив путь для низкоэнергетической, универсальной обработки данных и создания решений для более экологичных вычислительных технологий. «Этот проект был смелым предприятием со многими неизвестными», — отражает Андрий Чумак, старший автор исследования. «Тем не менее, наши первоначальные измерения подтвердили его выполнимость — эта концепция работает. Наши результаты подчеркивают, как искусственный интеллект преобразует область физики, так же, как CHATGPT изменяет написание текста и образование».