Ученые ЛЭТИ разработали компактный компьютер для нейроморфных вычислений

29-05-2024: UEFIMA.RU:  Специалисты университета "ЛЭТИ" из Санкт-Петербурга разработали небольшой компьютер, основанный на новых физических принципах. По словам профессора Алексея Устинова из кафедры физической электроники и технологии ЛЭТИ, этот резервуарный компьютер на основе магноники гораздо компактнее своих аналогов, помещается на ладони и потребляет примерно в 10 раз меньше энергии.

Упрощение конструкции, уменьшение веса и увеличение энергоэффективности нового компьютера открывают перспективы для его широкого использования в различных областях техники. Алексей Устинов подчеркнул, что такие устройства могут быть полезны для снижения веса электроники в беспилотных подводных, наземных и воздушных системах.

Профессор также объяснил, что большинство современных цифровых устройств основаны на классической электронике, которая приближается к своим пределам. Одним из способов преодоления этих ограничений является использование принципов магноники, в центре которой находятся спиновые волны и квазичастицы магноны.

Исследования, проведенные учеными, включая команду профессора Устинова, показали, что магноны позволяют решать задачи распознавания и классификации с высокой скоростью и при низком энергопотреблении по сравнению с традиционными транзисторными устройствами.

Магнонный физический резервуар представляет собой аппаратный аналог нейросети, выполняя те же функции, что и программные нейронные сети.

Компьютер в резервуаре предназначен для выполнения различных операций нейросети, таких как распознавание объектов, ориентация в пространстве и автоматизация информационных систем на предприятиях.

Его функционирование основано на использовании магнитной пленки. Электрический ток подается на различные участки специальной пленки, что приводит к локальному изменению изначально однородного поля подмагничивания.

Таким образом, в резервуарном компьютере передаются информационные сигналы с различной амплитудой, которые затем кодируются с использованием битов.

В свежем исследовании, опубликованном в журнале Applied Physics Letters, ученые улучшили систему управления информационным сигналом, поступающим в резервуар.

Они применили метод изменения магнитного поля подмагничивания путем подачи электрического тока на определенную область магнитной пленки. Это позволило регулировать амплитуду информационного сигнала, обрабатываемого резервуаром.

Таким образом, была возможность передачи битовых сигналов напрямую в резервуар (например, «1» обозначалось локальным подведением тока, а «0» - его отсутствием).

Эта новая методика исключила необходимость использования электронного аттенюатора для управления амплитудой сигнала, как это было в предыдущей версии резервуарного компьютера, сделав прототип более компактным.

Проведенные эксперименты также продемонстрировали, что для работы компьютера с использованием данного метода требуется значительно меньше энергии по сравнению с аттенюатором.

Исследования в области магноники проводятся в лаборатории магноники и радиофотоники имени Б.А. Калиникоса, которая была создана в 2021 году в СПбГЭТУ "ЛЭТИ" в рамках мегагранта Правительства Российской Федерации.

Главной целью этой лаборатории является выявление и изучение физических эффектов, которые впоследствии могут быть использованы для разработки новых типов устройств для генерации, передачи и обработки информации.