Un equipo de investigación dirigido por la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación (A*STAR) en colaboración con la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha creado un dispositivo microelectrónico innovador que potencialmente puede funcionar como un "interruptor de bits" sostenible y de alto rendimiento."Esto allana el camino para que las futuras tecnologías informáticas procesen datos mucho más rápido y utilicen mucha menos energía.

Al aprovechar pequeños, estables y rápidos remolinos magnéticos llamados skyrmions, el dispositivo puede funcionar utilizando 1.000 veces menos energía que las tecnologías de memoria comerciales.Este descubrimiento fuereportadoen el diarioNaturaleza.

La necesidad de una informática de IA más sostenible y eficiente

Las tecnologías de inteligencia artificial emergentes, como ChatGPT, requieren que se procesen grandes cantidades de datos a velocidades vertiginosas, lo que requiere una inmensa potencia informática.Las tecnologías de infocomunicación ya consumen casi el 20% de la electricidad mundial, cifra que aumentará aún más con el crecimiento de modelos de IA tan grandes.Para satisfacer estas demandas en rápido crecimiento, el "interruptor" informático fundamental, o bit de memoria, se ha reducido a tamaños cada vez más pequeños y se está acercando a sus límites físicos.

Un enfoque destacado para mitigar estocrisis energética, especialmente para los ámbitos de la movilidad, la atención sanitaria y la fabricación, es la informática de punta.Aquí, los datos se procesan dentro de aparatos individuales, como teléfonos, electrodomésticos inteligentes y vehículos, en lugar de en centros de datos a gran escala que consumen mucha energía.Sin embargo, los dispositivos de borde actualmente no pueden realizar tareas computacionales complejas debido a la capacidad informática limitada y las limitaciones de energía.Existe una necesidad apremiante de desarrollar una plataforma microelectrónica radicalmente diferente para lograr una informática de IA eficiente y sostenible.

Activando el potencial de los skyrmions

Los Skyrmions son pequeños remolinos magnéticos (10.000 veces más pequeños que el ancho de un cabello humano) que se forman dentro de capas magnéticas específicas cuando se vuelven extremadamente delgadas.Descubiertos hace sólo una década, estos remolinos pueden ser extremadamente estables y compactos, y pueden moverse eficientemente entre regiones magnéticas.Forman conmutadores móviles ideales para el procesamiento de datos eficiente y a gran escala para tecnologías de inteligencia artificial.

Para aprovechar el enorme potencial de los skyrmions, es fundamental acceder a ellos utilizando vías eléctricas como las empleadas en las computadoras.Si bien los skyrmions pueden verse con microscopios especiales y han sido manipulados utilizando imanes voluminosos durante más de una década, la ausencia de control eléctrico ha sido un impedimento crítico para su relevancia tecnológica.

El avance del equipo es el primero en lograr una lectura eléctrica ("identificación") de unSkyrmiony conmutación eléctrica entre estados (por ejemplo, "0" a "1" y viceversa).Para ello, el equipo empleó un dispositivo conocido como unión de túnel, que funciona en condiciones ambientales y se utiliza ampliamente en aplicaciones comerciales de memoria y disco duro.

Descubrieron que los atributos especiales de los skyrmions permiten cambiar entre estados utilizando 1.000 veces menos energía que los dispositivos comerciales.También descubrieron que se pueden lograr más de dos estados dentro de un solo dispositivo, lo que evita la necesidad de reducir el tamaño del dispositivo para mejorar el rendimiento.

Direcciones futuras

"Los Skyrmions tienen atributos únicos y esquivos que pueden explotarse para implementar varias arquitecturas de IA con una eficiencia y funcionalidad sin precedentes. Nuestro dispositivo microelectrónico proporciona la clave tan esperada para desbloquear su vasto potencial. Ayudará a consolidar a los Skyrmions como un componente integral para el futuro decomputación", dijo el líder del equipo, el Dr. Anjan Soumyanarayanan, científico principal del Instituto de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE) de A*STAR y profesor asistente en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias de NUS.

"Nuestros dispositivos microelectrónicos se fabrican en obleas de silicio de 200 mm utilizando materiales y métodos fácilmente empleados en fundiciones microelectrónicas existentes en Singapur y en todo el mundo. Esperamos colaborar con el ecosistema del clúster de electrónica para acelerar la integración práctica de estos dispositivos con las tecnologías informáticas de vanguardia existentes".dijo el Dr. James Lourembam, científico principal del Departamento de Materiales Electrónicos del IMRE.

El equipo espera que con un mayor refinamiento del rendimiento eléctrico, el interruptor informático mejorado pueda integrarse fácilmente en microprocesadores utilizando enfoques establecidos.El equipo busca colaborar con empresas de fabricación de semiconductores e integradores de sistemas para ampliar la tecnología y lograr una adopción más amplia.