Forskere fra CEA-Leti og Spintronic i Grenoble og fra C2N/Université Paris-Saclay har demonstreret en hybrid nanoelektronisk Ising maskine, som kombinerer to teknologier, hafnium-oxid memristor med stokastisk magnetisk tunnel junction (SMTj), til løsning af svære kombinatoriske optimeringsproblemer.
Forskningen er beskrevet i Nature Communications magasinet i en artikel med titlen “Intrinsic Annealing in a Hybrid Memristor-Magnetic Tunnel Junction Ising Machine”.
Elektroniske Ising maskiner er specielle hardwaresystemer til løsning af et stort antal mulige kombinationer, og den introducerede annealing mekanisme (sandsynlighedsberegnings teknik) i den franske forskning kan bane vejen til mere kompakte, hurtigere og energieffektive hardware acceleratorer til en række applikationer lige fra logistik- og energiplanlægning til halvlederdesign og hardwareacceleration i computersystemer. Sammenlignet med konventionelle implementeringer vil den foreslåede arkitektur reducere dataflytning og overfløding digital instruktion ved at implementere nøgleoperationer med nanoenhedernes fysiske egenskaber.
“Udfordringnen var at forene to meget forskellige teknologiske enheder til at arbejde sammen i en kontrolleret beregningssløjfe. Memristorerne lagrer problemstrukturen, mens de stokastiske magnetiske tunnel junction’er leverer de variabler der fluktuerer og opdaterer”, forklarer to af forfatterne til artiklen, Mohammed Akib Iftakher forsker hos CNRS, C2N og Université Paris-Saclay, og Hugo Levices, forsker hos CEA-Leti.
Projektet demonstrerede også, at hybride nanoteknologier kan kombineres i en fungerende optimeringsaccelerator i stedet for i separate byggeblokke. Da memristorer, magnetiske tunnel junction’er og CMOS kredsløb er kompatible med avanceret integration peger arbejdet mod kompakt, hurtig og energieffektiv hardware til lokal søgeoptimering. De to komplementære nanoteknologier, memristor og SMTj, kan integreres i BEOL (back-end-of-line) lagene i en CMOS proces og understøtter vertikal 3D integration, som er af betydning for en skalering.
– Den væsentlige egenskab er ikke blot, at vi kombinerer to nanoteknologier men, at de kan interagere direkte og hjælpe med at guide søgningen uden, at tvinge maskinen til at oversætte hver opdatering frem og tilbage via digital elektronik, påpeger Damien Querlioz, forskningsdirektør hos CNRS.
JSL
