Wie ein unruhiger Magnet zur Recheneinheit wird

Ein Team der Tohoku-Universität und des US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology hat einen Spintronik-Chip aus Silizium entwickelt, der die Wahrscheinlichkeit als Vorteil und nicht als Nachteil nutzt. Anstatt jedes Bit zu zwingen, fest auf 0 oder 1 zu stehen, arbeitet dieses Design mit einem probabilistischen Bit, auch p-Bit genannt.

Man kann sich ein p-Bit als einen winzigen Entscheidungsträger vorstellen, der ständig seinen Zustand ändert. Thermisches Rauschen hilft ihm, sich zwischen 0 und 1 zu bewegen, während eine Eingangsspannung die Wahrscheinlichkeit verschiebt. Der Chip erzeugt nicht einfach nur zufälliges Rauschen. Er erzeugt kontrollierte Unsicherheit, was weitaus nützlicher ist.

Warum Silizium dies zu mehr als einem Labor-Gag macht

Die Forscher verwendeten einen superparamagnetischen Tunnelkontakt, ein magnetisches Element im Nanobereich, das seine Magnetisierung auf natürliche Weise umkehrt. Dieses auf dem Spin basierende Verhalten verleiht dem Gerät seinen ungewöhnlichen Rechenstil.

SkyWater Technology stellte die Basistransistoren und Verbindungen mit einem 130-nm-CMOS-Prozess her. Die Tohoku-Universität fügte anschließend die spintronischen Nanobauteile und Elektroden hinzu. Dies ist von Bedeutung, da die Arbeit exotische Spinphysik mit der Standard-Siliziumfertigung verbindet.

Das Team bestätigte zwei wichtige Ergebnisse. Die Ausgangsspannung schwankte im Laufe der Zeit, und die Eingangsspannung veränderte den durchschnittlichen Ausgang. Einfach ausgedrückt verhielt sich der Chip wie eine steuerbare Wahrscheinlichkeitsmaschine.

Was kommt als Nächstes?

Wir glauben, dass diese Forschung die Art und Weise, wie Sie KI in Alltagsgeräten erleben, neu gestalten könnte. Zukünftige Chips auf Basis von p-Bits könnten dazu beitragen, dass Smartphones, Roboter, Sensoren und Edge-Geräte KI-Aufgaben mit weniger Strom ausführen. Das könnte eine längere Akkulaufzeit, kühlere Hardware und intelligentere Maschinen außerhalb großer Rechenzentren bedeuten.

Die Technologie befindet sich noch in einem frühen Stadium. Dennoch weist sie auf eine Zukunft hin, in der die Datenverarbeitung nicht gegen Unsicherheit ankämpft. Sie nutzt sie.

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