Для искусственного интеллекта создан новый тип памяти

Новая память для новых задач

Эффективная работа с большими данными и системами ИИ требует огромных ресурсов памяти, которая должна быть не только высокоскоростной, но и энергоэффективной. Все привычные нам типы накопителей, основанные на принципах, разработанных десятки лет назад, могут оказаться неподходящими для решения задач ближайшего будущего, связанных с обработкой действительно огромных массивов данных.

Недавно ученые-исследователи из Университета Мессины (Италия) и Северо-западного Университета (США) представили совершенно новый тип магнитной памяти, который потенциально может совершить революцию в области накопителей данных. Речь идет о технологии с использованием антиферромагнетиков (AFM). Как заявляют разработчики, такой подход позволит создать самые компактные носители информации из когда-либо продемонстрированных, которые к тому же будут обладать рекордно низким энергопотреблением.

Результаты работы были опубликованы 10 февраля в журнале Nature Electronics. Один из руководителей проекта, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники Северо-западного Университета Педрам Халили (Pedram Khalili), отмечает: «Системы ИИ нуждаются в лучших качествах для всех типов запоминающих устройств, известных сегодня – накопители должны обладать скоростью статической памяти (SRAM) и объемом динамической (DRAM), но пока нет технологий, способных обеспечить оба этих свойства».

«По оценкам экспертов, суммарный объем энергии, потребляемой ЦОДами по всему миру, достиг 2% от общего энергопотребления, а к 2030 году этот показатель может вырасти до 11%, – говорит Татьяна Бочарникова, глава представительства NetApp в России и СНГ. – Поэтому появление по-настоящему нового типа носителей c более низким энергопотреблением – это, действительно, знаковый этап в развитии технологий хранения данных. Однако пока их производство не стало массовым, заказчикам требуются технологии и программы, которые позволяют сэкономить дисковое пространство и, как следствие, сократить расходы на электроэнергию и охлаждение. Технологии и программы гарантии эффективности хранения данных NetApp всегда были нацелены на обеспечение экономии без ущерба производительности управления данными, что позволяет компаниям сохранять высокие темпы развития бизнеса».

Подчинение антиферромагнетиков

Чтобы решить эту проблему, Педрам Халили и его сотрудники обратили внимание на AFM, электроны в которых ведут себя подобно крошечным магнитам из-за квантово-механического свойства, называемого «спином», но сам материал не демонстрирует макроскопическую намагниченность, потому что «спины» ориентированы антипараллельно. Отметим, что согласно теоретическим расчетам, использование AFM позволяет хранить 1 бит информации, используя всего 12 атомов, в то время, как современный магнитный накопитель требует для той же задачи не менее 1 млн атомов.

Как правило, запоминающие устройства требуют электрического тока для выполнения операции записи данных. Но в случае антиферромагнетиков, эту задачу выполняют магнитоупорядоченные частицы, поэтому непрерывно подаваемый электрический ток не требуется. Дополнительным преимуществом такого подхода является то, что данные с носителя не могут быть удалены внешними магнитными полями. Материалы с антиферроманитными свойствами давно привлекают внимание ученых, но до последнего времени исследователей останавливали трудности, связанные с контролем магнитных состояний.

В начале пути?

Педрам Халили и группа ученых под его руководством для создания накопителей использовала элементы, выполненные из антиферромагнитного платинового марганца – материала, который никто ранее не использовал для упомянутой задачи. При этом отдельные элементы имеют размер 800 нанометров – в 10 раз меньше, чем те, которые предлагались в других похожих разработках.

Важно отметить, что новый тип памяти совместим с существующей практикой создания полупроводников, а это означает, что компании-производители могут принять данную технологию без необходимости инвестировать в новое оборудование. Как ожидается, новая технология позволит создавать эффективные и коммерчески востребованные модули магниторезистивной оперативной памяти – MRAM (она же магнитная память с произвольным доступом). Но, как отмечает сам Педрам Халили – в этом направлении предстоит еще много работы.