NUS作为亚洲顶尖学府，在学术研究上又产出一项研究发现，快来和小助手去一探究竟吧！
新加坡科学技术研究局（A*STAR）领导的研究小组与NUS合作，开发了一项创新性的微电子设备，可能成为可持续高性能的“位开关”。它利用斯格明子的微小、稳定和快速的磁涡流来实现运作，该设备的功耗比商业存储技术大大降低，为未来的计算技术带来了前所未有的能源效率和性能。
最近于《自然》杂志发表的这一发现引发了广泛关注。当前信息通信技术已经消耗了全球近20%的电力，而大型人工智能模型的普及可能进一步提高这一数字。因此，迫切需要更加可持续的解决方案来满足快速增长的计算需求。
这种新型微电子设备的出现为未来的计算技术带来了新的希望，既提高了数据处理速度，又降低了能源消耗。
由 A*STAR 领导的研究团队与新加坡国立大学合作，创造了创新的微电子设备，其功耗比商业内存技术低 1,000 倍，为未来更可持续、更高效的计算技术铺平了道路
解决能源危机的一个关键方法是边缘计算，特别是在移动、医疗和制造领域。在这些领域，数据不再传输到耗电的大型数据中心，而是在手机、智能家居设备和车辆等单个设备内处理。然而，由于边缘设备计算能力和功率受限，它们目前无法执行复杂的任务。因此，亟需开发新型微电子平台，以实现高效、可持续的人工智能计算，从而在边缘处理更多数据的同时节省能源。
边缘人工智能设备和应用程序
这里我们就要详细介绍一下斯格明子，它究竟是什么呢？
斯格明子是一种微小的磁涡流，小到比人类头发丝还要细小 10,000 倍！当它们变得非常薄时，它们会在特定的磁层内形成。这些漩涡可以在磁区之间有效地移动，它们就像是微型漩涡，在磁层中跳来跳去，轻松地穿梭于各个磁区之间。
（左）艺术家演绎的斯格明离子微电子装置；（右）包含超过 100,000 个斯格明子微电子器件的 200 毫米器件晶圆
那么，如何激活斯格明子的潜力呢？
要挖掘斯格明子的巨大潜力，就得像在找宝藏一样，用电子通路来“解锁”它们。虽然科学家们多年来一直在用大型磁铁作为研究移动地斯格明子，但要真正让它们“服服帖帖”，还需要电气控制，这简直就像是要给一群顽皮的小精灵戴上项圈一样。
但是这个研究团队可不简单，他们实现了对斯格明子的电读出和状态之间的电切换，就好像在电子游戏中切换角色一样神奇。他们利用了一种叫做隧道结的设备，这种设备就像是斯格明子的“魔杖”，可以在常规环境下运行，并且在商业内存和硬盘应用中被广泛使用。
研究团队的发现简直让人眼前一亮！他们发现斯格明子的特殊属性让状态之间的切换能够以比商业设备少1000倍的功耗实现。更有趣的是，他们还发现可以在单个设备内实现多种状态的切换，就像是一个设备里藏着各种神奇的道具一样，让人充满了探索的冲动，简直就是科技版的宝藏猎人！
我们一起来看看该发现的部分探索数据~
斯格明子到均匀跃迁能量的 VCMA 调制
FL 线中的斯格明子运动
这项研究未来将如何发展呢？
该团队希望，随着电气性能的进一步完善，增强型计算开关可以使用现有方法轻松集成到微处理器中。该团队正在寻求与半导体制造公司和系统集成商合作，以扩大该技术的应用范围
参考文献：
All-electrical skyrmionic magnetic tunnel junction，Nature volume 627，pages522–527 (2024)
本文图片均来自NUS news
数据图片来自Nature
