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      利用材料內在物理特性大幅減少能耗 手性磁鐵讓類腦計算加速邁向現實
      來源:科技日報 ?作者:張夢然? 2023-11-15 15:12:04

      【總編輯圈點】

      科技日報北京11月14日電 (記者張夢然)一種利用材料的內在物理特性來大幅減少能源使用的類腦計算形式,距離現實又近了一步。在《自然·材料》雜志上發表的這項新研究中,英國倫敦大學學院和倫敦帝國理工學院小組使用手性(扭曲)磁體作為計算介質,發現通過施加外部磁場和改變溫度,可調整這些材料的物理特性以適應不同的機器學習任務。

      傳統計算消耗大量電力,部分原因是它有獨立的數據存儲和處理單元,信息必須在兩者之間不斷地轉換,浪費能源并產生熱量。這對于機器學習來說是一個嚴重問題,導致訓練一個大型人工智能模型可產生數百噸二氧化碳。

      而物理儲層計算旨在消除對不同內存和處理單元的需求,促進更有效的數據處理方式。但這種計算方法迄今應用受限,是因為材料的物理特性可能使其在某些計算任務中表現出色,但在另一些任務中卻表現不佳。而今這項研究使人們更接近于實現物理儲存庫的全部潛力,創造出像人類大腦一樣的計算機,不僅顯著減少需要的能量,而且還可調整其計算特性,以在各種任務中最佳地執行。

      團隊使用矢量網絡分析儀來確定手性磁體在不同磁場強度和-269℃到室溫范圍內的溫度下的能量吸收。他們發現手性磁體的不同磁相,在不同類型的計算任務中表現出色。在斯格明子階段,磁化粒子以類似漩渦的方式旋轉,具有強大的記憶能力,適合預測任務。與此同時,在圓錐形階段幾乎沒有記憶,但它的非線性非常適合轉換任務和分類。

      團隊設計了一種神經擬態計算架構,利用復雜的材料特性來滿足各種具有挑戰性任務的需求。目前取得了很好的結果,展示了可直接定制神經形態計算的可能。

      物理儲層計算,可以低功耗對時間序列信號進行高速處理,簡單理解,就是一種更省資源的計算方式。計算機的一大硬傷,就是耗能。人類大腦處理如此多紛繁復雜的信息,但一天消耗的能量折算成瓦特,還不到一臺普通電腦的十分之一。如何在降低能耗的同時保持優秀的計算能力?本文用手性磁體和環境調節來完成這一任務。在不同溫度下,磁體表現出不同磁相,仿佛是不同的分身,能夠優秀地執行不同計算任務,實現節能和算力兼得。

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