Дослідники розробили поліпшений спінтронний імовірнісний комп’ютер

Дослідники з Університету Тохоку, Університету Мессіни та Каліфорнійського університету в Санта-Барбарі (UCSB) розробили поліпшену версію ймовірнісного комп’ютера (p-комп’ютера) зі стохастичними спінтронними пристроями, що підходить для розв’язання складних обчислювальних завдань, як-от комбінаторна оптимізація та машинне навчання.

Закон Мура передбачає, що комп’ютери стають швидшими кожні два роки через еволюцію напівпровідникових чипів. Хоча історично так і відбувалося, подальша еволюція починає запізнюватися. Революція в машинному навчанні та штучному інтелекті означає, що потрібні набагато вищі обчислювальні можливості. Квантові обчислення є одним зі способів розв’язання цих завдань, однак на шляху практичної реалізації масштабованих квантових комп’ютерів, що масштабуються, залишаються значні перешкоди.

У p-комп’ютері використовуються природні стохастичні будівельні блоки, звані ймовірнісними бітами (p-біти). На відміну від бітів у традиційних комп’ютерах, p-біти осцилюють між станами. Р-комп’ютер може працювати при кімнатній температурі і виступає в якості комп’ютера, специфічного для різних галузей застосування в машинному навчанні та штучному інтелекті. Подібно до того, як квантові комп’ютери намагаються розв’язати від початку квантові проблеми у квантовій хімії, р-комп’ютери намагаються розв’язати ймовірнісні алгоритми, які широко використовуються для розв’язання складних обчислювальних задач у комбінаторній оптимізації та вибірці.

Нещодавно дослідники з Університету Тохоку, Університету Пердью та UCSB показали, що р-біти можуть бути ефективно реалізовані за допомогою відповідним чином модифікованих спінтронних пристроїв, званих стохастичними магнітними тунельними переходами (sMTJ). До сих пір p-біти на основі sMTJ були реалізовані в невеликих масштабах, і були продемонстровані тільки пробні версії спінтронних p-комп’ютерів для комбінаторної оптимізації та машинного навчання.

Дослідницька група представила два важливих досягнення на 68-й Міжнародній зустрічі з електронних пристроїв (IEDM) 6 грудня 2022 року.

По-перше, вони показали, як p-біти на основі sMTJ можуть бути об’єднані зі звичайними та програмованими напівпровідниковими чипами, а саме з польовими програмованими решітками (FPGA). Комбінація “SMTJ + FPGA” дає змогу реалізувати набагато більші мережі p-бітів в апаратних засобах, виходячи за рамки попередніх маломасштабних демонстрацій.

По-друге, на гетерогенних p-комп’ютерах “sMTJ + FPGA” було проведено імовірнісну емуляцію квантового алгоритму, що моделюється квантовим відпалом (SQA), із систематичними оцінками для складних комбінаторних задач оптимізації.

Дослідники також порівняли продуктивність p-комп’ютерів на базі sMTJ з продуктивністю класичного обчислювального обладнання, такого як графічні процесори (GPU) і блоки тензорної обробки (TPU). Вони показали, що p-комп’ютери, які використовують високопродуктивний sMTJ, раніше продемонстрований командою з Університету Тохоку, можуть досягти значного поліпшення пропускної спроможності та енергоспоживання порівняно з традиційними технологіями.

“Наразі p-комп’ютер “s-MTJ + FPGA” є прототипом із дискретними компонентами”, – сказав професор Шунсуке Фукамі, який входив до складу дослідницької групи. “У майбутньому можливе створення інтегрованих p-комп’ютерів, що використовують сумісні з напівпровідниковим процесом технології магніторезистивної пам’яті з довільним доступом (MRAM), але це потребуватиме спільного підходу до проєктування із залученням експертів у галузі матеріалів, фізики, проєктування схем і алгоритмів”.

Коллектив сайта

(Пока оценок нет)

Loading...