科技日?qǐng)?bào)華盛頓2月10日電 (記者劉海英)美國和意大利研究人員10日在《自然·電子》雜志上發(fā)表研究報(bào)告稱,他們開發(fā)出一種基于反鐵磁材料的新型磁存儲(chǔ)器件,其體積很小,耗能也非常低,很可能有助于解決目前人工智能(AI)發(fā)展所遭遇的“內(nèi)存瓶頸”。
AI技術(shù)的快速發(fā)展有望改善醫(yī)療保健、交通運(yùn)輸?shù)榷鄠€(gè)領(lǐng)域,但其巨大潛力的發(fā)揮要以足夠的算力為基礎(chǔ),隨著AI數(shù)據(jù)集越來越大,計(jì)算機(jī)需要有更強(qiáng)大的內(nèi)存支撐。理想情況下,支持AI的存儲(chǔ)設(shè)備不僅要有與靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)一樣快的速度,還要有類似于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)或閃存的存儲(chǔ)容量,更重要的是,它耗能要低。但目前還沒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)前AI的性能及應(yīng)用。
為此,美國西北大學(xué)和意大利墨西拿大學(xué)的研究人員合作,將目標(biāo)瞄向了反鐵磁材料。反鐵磁材料依靠磁性的有序自旋來完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ),所存數(shù)據(jù)也無法被外部磁場(chǎng)擦除。因其快速安全、耗能低,被視為存儲(chǔ)設(shè)備的潛力材料,而如何控制材料內(nèi)部磁序則成為目前的一個(gè)研究難點(diǎn)。
在新研究中,團(tuán)隊(duì)使用了柱狀反鐵磁材料,這是以前科學(xué)家從未探索過的幾何形狀。研究表明,生長(zhǎng)在重金屬層上的、直徑低至800納米的反鐵磁鉑錳(PtMn)柱,通過極低電流后可以在不同的磁態(tài)之間可逆地轉(zhuǎn)換。通過改變寫入電流的振幅,即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)存儲(chǔ)特性。
研究人員指出,基于反鐵磁鉑錳柱制成的存儲(chǔ)器件僅為現(xiàn)有的基于反鐵磁材料存儲(chǔ)設(shè)備的1/10,而更重要的是,新型器件的制造方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造規(guī)范兼容,這意味著存儲(chǔ)設(shè)備制造商可以輕松采用新技術(shù),而無需購買新設(shè)備。
研究人員指出,新型磁存儲(chǔ)器件很小,耗能很低,有望使反鐵磁存儲(chǔ)器走向?qū)嶋H應(yīng)用,并幫助解決AI的“內(nèi)存瓶頸”問題。目前,他們正努力尋求進(jìn)一步縮小設(shè)備尺寸,改善數(shù)據(jù)寫入耗能的方法,以盡快將新技術(shù)投入實(shí)際應(yīng)用。
總編輯圈點(diǎn)
內(nèi)存一直是計(jì)算機(jī)增強(qiáng)實(shí)力的瓶頸,因?yàn)閮?nèi)存要求讀寫速度快,又要穩(wěn)定。近幾十年,我們一直是用半導(dǎo)體造內(nèi)存,磁效應(yīng)體用于讀取速度要求不高的硬盤。如果造出“磁內(nèi)存”,將大大拓展計(jì)算機(jī)的“腦容量”和“智力”。這一切以材料科學(xué)的進(jìn)步為前提,產(chǎn)業(yè)先進(jìn)離不開基礎(chǔ)科研投入。