Совместная исследовательская группа из Японии и США продемонстрировала первый в мире интегрированный спинтроник-вероятностный бит, или p-бит, изготовленный на кремниевом чипе с использованием полупроводниковых производственных процессов
Команда, состоящая из исследователей из Университета Тохоку и Национального института стандартов и технологий, экспериментально подтвердила работоспособность p-бита — ключевого элемента вероятностных компьютеров. Это достижение открывает путь к созданию крупномасштабных спинтроник-вероятностных компьютеров для таких областей применения, как искусственный интеллект и машинное обучение.
Многие возникающие вычислительные проблемы требуют эффективного исследования огромного числа возможных состояний. Обычные компьютеры, которые обрабатывают двоичную информацию, 0 или 1, последовательно, не всегда хорошо подходят для таких высокопараллельных задач. Вероятностные компьютеры вместо этого используют вероятностные биты, или p-биты, которые стохастически колеблются между 0 и 1, используя внутреннюю физическую случайность.
Поскольку p-компьютеры могут быстро принимать множество состояний, они привлекают внимание как вычислительная платформа нового поколения. Среди нескольких перспективных технологий спинтроника считается наиболее многообещающей, поскольку наноразмерные магнитные устройства могут естественным образом генерировать вероятностное поведение за счет магнитных флуктуаций.
В этой работе, опубликованной в журнале IEEE Electron Device Letters, исследователи создали спинтронику на основе p-битов непосредственно на кремниевом чипе, объединив передовые технологии производства полупроводников в Японии и США.
Сначала были изготовлены транзисторы и нижние соединительные слои по 130-нм КМОП-технологии от SkyWater Technology. Затем были интегрированы суперпарамагнитные наноустройства и верхние электроды с использованием оборудования для производства спинтроники в Университете Тохоку.
Исследователи подтвердили две важнейшие характеристики работы p-бита: стохастические флуктуации выходного напряжения во времени и управляемость усреднённого по времени выходного сигнала с помощью входного напряжения. Это первая в мире демонстрация спинтроники на основе p-бита, монолитно изготовленного на кремниевом чипе с использованием технологий полупроводниковых интегральных схем.
Этот результат открывает путь к масштабированию спинтроники на основе p-компьютеров, значительно превосходящему возможности существующих прототипов, собранных вручную. Исследователи полагают, что по мере дальнейшего развития технологий производства устройств и схем, а также увеличения количества интегрированных p-битов спинтроника на основе p-компьютеров станет ближе к масштабной практической реализации.