Ny teknologi reducerer energiforbruget af MRAM og AI hardware

Forskere fra Osaka University, i samarbejde med National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) og Grenoble Alpes University, rapportere en effektiv teknik til at styre retningen af ​​en magnet i nanostørrelse ved opvarmning ved høj hastighed. Forskerne opdagede også, at nanomagneter forstærker mikrobølgesignaler. Denne gruppes resultater vil bidrage til at reducere strømforbruget af magnetoresistive random access memory (MRAM) og kunstig intelligens (AI) enheder. Dette vil få AI-enheder til at læse og skrive til deres hukommelse mere effektivt, derved undertrykke strømforbruget af AI-funktioner såsom maskinlæring og beslutningstagning. Dette er endnu et skridt i retning af at opnå et supersmart samfund.

At reducere strømforbruget for informations- og kommunikationsenheder betyder, at de kan fortsætte med at køre i lang tid, selv i katastrofetider. Spintronics er et meget forsket område, hvor MRAM-teknologi er blevet udviklet ved hjælp af magnetiske tunnel junctions (MTJ'er). MRAM bruger retningen af ​​en magnetisk pol til at lagre information, så den kan beholde hukommelsen uden standbystrøm. Ved at bruge disse teknologier, forskere har forsøgt at reducere energiforbruget af AI -enheder.

Ved at styre den magnetiske justering af en MTJ ved at bruge en lille strøm og spænding, det er muligt at reducere enhedens strømforbrug. Men problemet for spin-transfer-torque MRAM (STT-MRAM) er, at dens spænding stiger hurtigt, når dens skrivehastighed er høj, bruger meget strøm.

Forskergruppen har opdaget, at det er muligt at skrive information med mindre energi end STT-MRAM ved at ændre den magnetiske anisotropi i en MTJ via styring af den påførte spænding. For at gøre denne metode praktisk, det er nødvendigt at øge størrelsen af ​​spændingsstyret magnetisk anisotropi. Udover at finde de rigtige materialer, andre metoder til at ændre magnetisk anisotropi er blevet søgt.

Det lykkedes forskerne at fremkalde en gigantisk magnetisk anisotropiændring i en MTJ med dobbeltisolatorlag ved Joule-opvarmning. Når temperaturen i det (frie) metallag i en MTJ stiger, magnetiske anisotropi ændringer, så det bliver muligt at ændre retningen på en magnetisk pol. De fandt ud af, at den magnetiske anisotropi var afhængig af forspændingen på grund af Joule -opvarmning. Dette viser, at temperaturstigningen induceret af Joule-opvarmning ændrede magnetisk anisotropi. Da forskerne vurderede den maksimale værdi af den magnetiske anisotropiændring for et givet elektrisk felt, størrelsen af ​​varmeeffekten var 300 fJ/Vm, hvilket var næsten det samme som den rapporterede maksimale værdi af den hurtige spændingskontrol af den magnetiske anisotropi (VCMA) ved brug af ren elektronisk effekt. Selvom varmeeffektstrømmen er meget større sammenlignet med VCMA, det er mere effektivt end STT til applikationer med høj hastighed. Ud over, denne værdi vil stige ved at forbedre varmesystemet i en MTJ.

Forskningsgruppen fandt også ud af, at en mikrobølgeovn blev forstærket af en MTJ ved hjælp af den gigantiske magnetiske anisotropiændring. Mikrobølgeforstærkning var tidligere blevet forsøgt ved hjælp af et magnetfelt med mikrobølgefrekvens; imidlertid, mikrobølgeeffekten opnået ved konventionelle metoder var 0,005, og der var ingen forstærkning. Gruppen opnåede en mikrobølgeeffektreflektivitet på 1,6 med et magnetfelt på 50 mT og en mikrobølgefrekvens på 0,4 GHz; det er, mikrobølgen blev forstærket med cirka 60 procent sammenlignet med input mikrobølgen.

Første forfatter Minori Goto siger, "Vores undersøgelse er den første rapport om mikrobølgeforstærkning ved hjælp af spintronics-enheder. Denne forskning vil åbne vejen for udvikling af højtydende mikrobølgeenheder. Fremad, vi forventer, at vores teknologi vil blive anvendt på nye mikrobølgeenheder med høj følsomhed og høj output. Dette vil også bidrage til lavt strømforbrug teknologi til MRAM og AI hardware."