Исследователи разработали улучшенный спинтронный вероятностный компьютер

Исследователи из Университета Тохоку, Университета Мессины и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) разработали улучшенную версию вероятностного компьютера (p-компьютера) со стохастическими спинтронными устройствами, который подходит для решения сложных вычислительных задач, таких как комбинаторная оптимизация и машинное обучение.

Закон Мура предсказывает, что компьютеры становятся быстрее каждые два года из-за эволюции полупроводниковых чипов. Хотя исторически так и происходило, дальнейшая эволюция начинает запаздывать. Революция в машинном обучении и искусственном интеллекте означает, что требуются гораздо более высокие вычислительные возможности. Квантовые вычисления являются одним из способов решения этих задач, однако на пути практической реализации масштабируемых квантовых компьютеров остаются значительные препятствия.

В p-компьютере используются естественные стохастические строительные блоки, называемые вероятностными битами (p-биты). В отличие от битов в традиционных компьютерах, p-биты осциллируют между состояниями. Р-компьютер может работать при комнатной температуре и выступает в качестве компьютера, специфичного для различных областей применения в машинном обучении и искусственном интеллекте. Подобно тому, как квантовые компьютеры пытаются решить изначально квантовые проблемы в квантовой химии, р-компьютеры пытаются решить вероятностные алгоритмы, широко используемые для решения сложных вычислительных задач в комбинаторной оптимизации и выборке.

Недавно исследователи из Университета Тохоку, Университета Пердью и UCSB показали, что p-биты могут быть эффективно реализованы с помощью соответствующим образом модифицированных спинтронных устройств, называемых стохастическими магнитными туннельными переходами (sMTJ). До сих пор p-биты на основе sMTJ были реализованы в небольших масштабах, и были продемонстрированы только пробные версии спинтронных p-компьютеров для комбинаторной оптимизации и машинного обучения.

Исследовательская группа представила два важных достижения на 68-й Международной встрече по электронным устройствам (IEDM) 6 декабря 2022 года.

Во-первых, они показали, как p-биты на основе sMTJ могут быть объединены с обычными и программируемыми полупроводниковыми чипами, а именно с полевыми программируемыми решетками (FPGA). Комбинация «SMTJ + FPGA» позволяет реализовать гораздо более крупные сети p-битов в аппаратных средствах, выходя за рамки предыдущих маломасштабных демонстраций.

Во-вторых, на гетерогенных p-компьютерах «sMTJ + FPGA» была проведена вероятностная эмуляция квантового алгоритма, моделируемого квантового отжига (SQA), с систематическими оценками для сложных комбинаторных задач оптимизации.

Исследователи также сравнили производительность p-компьютеров на базе sMTJ с производительностью классического вычислительного оборудования, такого как графические процессоры (GPU) и блоки тензорной обработки (TPU). Они показали, что p-компьютеры, использующие высокопроизводительный sMTJ, ранее продемонстрированный командой из Университета Тохоку, могут достичь значительного улучшения пропускной способности и энергопотребления по сравнению с традиционными технологиями.

«В настоящее время p-компьютер «s-MTJ + FPGA» является прототипом с дискретными компонентами», — сказал профессор Шунсуке Фуками, который входил в состав исследовательской группы. «В будущем возможно создание интегрированных p-компьютеров, использующих совместимые с полупроводниковым процессом технологии магниторезистивной памяти с произвольным доступом (MRAM), но это потребует совместного подхода к проектированию с привлечением экспертов в области материалов, физики, проектирования схем и алгоритмов».

Коллектив сайта

(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Загрузка...