東京大學的研究人員表示,他們已經展示了一種非易失性磁性開關裝置,該裝置能夠在短短 40 皮秒內翻轉狀態,同時消耗的功率異常低,產生的熱量也比許多以前的超快開關方法少得多——這有可能解決現代人工智慧硬體面臨的最大問題之一:移動和儲存資料所產生的巨大能源和冷卻需求。
研究人員利用一種名為錳錫(Mn₃Sn)的反鐵磁材料建構了該器件,並證明超短電脈衝可以可靠地切換其磁狀態,且斷電後仍能保持儲存的資訊。他們還演示了利用電信波段雷射器和光電二極體產生的超快光電流脈衝實現類似的磁狀態切換,有效地將光訊號直接轉換為用於寫入儲存器的電脈衝。
從最根本的層面來說,現代計算實際上是物理狀態轉換的科學。電腦內部的每一個操作——無論是運行遊戲、訓練人工智慧模型、打開瀏覽器標籤頁,還是從儲存裝置載入檔案——最終都涉及數十億甚至數兆次微小的物理狀態變化。電晶體的開關、儲存單元的充放電、快取狀態的更新、資料在互連線路中的傳輸,以及儲存單元對電子的捕獲和釋放。
這些狀態切換事件在物理層面上代表了二進制資訊。問題在於,狀態切換需要能量,而幾乎所有這些能量最終都會轉化為熱量。在人工智慧時代,這一現實正變得日益棘手。現代人工智慧加速器需要處理海量資料。但它們的大部分功耗不僅來自計算本身,還來自快取、記憶體、儲存和互連之間資訊的不斷移動和刷新。隨著GPU叢集擴展到數十萬個加速器,供電和散熱正成為行業最大的瓶頸之一。