I ricercatori dell’Università di Tohoku hanno sviluppato un modello teorico per il calcolo efficiente dal punto di vista energetico a livello nanometrico, utilizzando la tecnologia della spintronica e il calcolo a riserva d’onda di spin. Questa innovazione, descritta in dettaglio nella rivista npj Spintronics, apre la strada a dispositivi neuromorfici avanzati capaci di operazioni ad alta velocità e applicazioni in campi come la previsione meteorologica e il riconoscimento vocale.
Il cervello è il computer definitivo e gli scienziati sono costantemente alla ricerca di dispositivi neuromorfici che ne imitino le capacità di elaborazione, il basso consumo energetico e la capacità di adattarsi alle reti neurali. Lo sviluppo del calcolo neuromorfico è rivoluzionario, consentendo agli scienziati di esplorare ambiti nanometrici, velocità in GHz, con un basso consumo energetico.
Il calcolo a riserva (RC) funziona tramite una rete generata casualmente e fissata, chiamata “riserva”. La riserva consente la memorizzazione delle informazioni di input passate e la loro trasformazione non lineare. Questa caratteristica unica consente l’integrazione di sistemi fisici, come la dinamica della magnetizzazione, per eseguire vari compiti per dati sequenziali, come la previsione di serie temporali e il riconoscimento vocale.
Alcuni hanno proposto la spintronica come mezzo per realizzare dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, i dispositivi prodotti finora non hanno soddisfatto le aspettative. In particolare, non sono riusciti a raggiungere alte prestazioni a livello nanometrico con velocità in GHz.
“Il nostro studio ha proposto un RC fisico che sfrutta le onde di spin in propagazione”, afferma Natsuhiko Yoshinaga, coautore dell’articolo e professore associato presso l’Istituto Avanzato per la Ricerca sui Materiali (WPI-AIMR). “Il quadro teorico che abbiamo sviluppato ha utilizzato funzioni di risposta che collegano i segnali di input alla dinamica di spin in propagazione. Questo modello teorico ha chiarito il meccanismo dietro l’alta prestazione del RC a onda di spin, evidenziando la relazione di scala tra velocità dell’onda e dimensioni del sistema per ottimizzare l’efficacia dei nodi virtuali.”
In modo cruciale, Yoshinaga e i suoi colleghi hanno contribuito a chiarire il meccanismo per un calcolo a riserva ad alte prestazioni. Nel farlo, hanno sfruttato vari sottocampi, in particolare la fisica della materia condensata e la modellazione matematica.
“Impiegando le proprietà uniche della tecnologia spintronica, abbiamo potenzialmente aperto la strada a una nuova era di calcolo intelligente, avvicinandoci alla realizzazione di un dispositivo fisico che può essere utilizzato in previsioni meteorologiche e riconoscimento vocale”, aggiunge Yoshinaga.
