Изкуственият интелект и другите информационно-комуникационни технологии генерират и обработват данни в безпрецедентни мащаби. Търсенето в интернет, изображенията, създадени от AI, системите за препоръки, научните симулации и големите езикови модели – всичко това зависи от огромни обеми информация, която се създава, прехвърля, съхранява и анализира. С все по-дълбокото проникване на AI в ежедневието, промишлеността и науката глобалното търсене на изчислителна мощност и съхранение на данни продължава да нараства.

Нарастващите енергийни нужди на AI

Това разширяване създава и сериозен проблем: потреблението на електроенергия. Центърът за обработка на данни вече изисква огромни мощности, а енергийните му нужди се очаква да нараснат значително през следващите десетилетия. Без значително повишаване на ефективността ИКТ в крайна сметка може да съставлява значителна част от световното потребление на електроенергия и въглеродните емисии.

Търсенето на начини за повишаване на енергийната ефективност на изчисленията става все по-важно с ускоряването на търсенето на цифрови услуги. В тази връзка изследователи от Университета в Единбург разработиха нова теоретична основа, която може да помогне за намаляване на количеството енергия, необходимо за съхранение и обработка на цифрова информация (битове, представени като „0“ и „1“) в бъдещите технологии за магнитна памет.

По-ефективен начин за превключване на магнитната памет

В основата на магнитната памет лежи способността за превключване на магнитни състояния, което позволява промяна и контрол на цифровата информация. Вместо да използват традиционните методи за проектиране на процесите на магнитно превключване (което е основният механизъм за обработка на данни), изследователите се обърнаха към теорията за оптималното управление – математически подход, използван за определяне на най-ефективния начин за постигане на конкретна цел.

Използвайки този метод, екипът създаде основа за разработване на свръхбързи импулси на магнитното поле, които могат да превключват магнитните състояния, като при това консумират възможно най-малко енергия. Изчисленията отчитат и реалните експериментални ограничения, което прави подхода по-приложим към потенциални бъдещи устройства.

Приближаване към фундаменталния енергиен праг

Компютърното моделиране показва, че този метод може да намали енергията на превключване с няколко порядъка в сравнение с водещите технологии за памет, които се използват или разработват днес, включително DRAM, STT-MRAM и новите SOT-MRAM устройства.

Още по-забележително е, че прогнозираните енергийни изисквания приближават бъдещата магнитна памет до границата на Ландауер (фундаментална термодинамична граница), която определя минималното количество енергия, необходимо за обработката на един бит информация. Тази граница представлява фундаментална граница, установена от физиката, поради което приближаването към нея би означавало значителен напредък в усилията за повишаване на енергийната ефективност на изчисленията.

Разработката, описана в списанието Advanced Materials излиза извън рамките на теоретичните изчисления. Тя включва практически препоръки за възможна реализация, включително оптимизирани конструкции на устройствата и методи за подаване на магнитни полета. Тези препоръки могат да помогнат на изследователите в крайна сметка да проверят концепцията експериментално.