Искусственный интеллект и другие информационно-коммуникационные технологии создают и обрабатывают беспрецедентные объемы данных. Поисковые запросы, изображения, созданные нейросетями, рекомендательные сервисы, научные расчеты и большие языковые модели требуют постоянного производства, передачи, хранения и анализа информации.
Рост цифровых сервисов увеличивает нагрузку на вычислительную инфраструктуру. Центры обработки данных уже потребляют значительное количество электроэнергии, а в ближайшие десятилетия их потребности могут заметно вырасти. Без повышения эффективности информационные технологии способны занять существенную долю мирового энергопотребления и выбросов углекислого газа.
Ученые Эдинбургского университета разработали теоретическую модель, которая может снизить энергозатраты на хранение и обработку цифровой информации в магнитной памяти. Исследователи применили теорию оптимального управления, чтобы рассчитать наиболее эффективный способ переключения магнитных состояний, соответствующих нулю и единице.
Предложенный подход позволяет проектировать сверхбыстрые импульсы магнитного поля с минимальным расходом энергии. При этом расчеты учитывают реальные ограничения, возникающие при проведении экспериментов, что повышает практическую ценность разработки для будущих устройств.
Компьютерное моделирование показало, что новая методика способна уменьшить энергию переключения на несколько порядков по сравнению с современными и перспективными технологиями памяти, включая DRAM, STT-MRAM и SOT-MRAM. Кроме того, расчетные показатели приближаются к пределу Ландауэра — минимальному количеству энергии, необходимому для обработки одного бита информации.
Описание разработки опубликовано в журнале Advanced Materials. Руководитель исследования Элтон Сантос отметил, что математическую модель можно применять не только к магнитным импульсам, но и к электрическим токам и сверхбыстрым лазерным импульсам, которые рассматриваются для будущих систем хранения данных.
