Лаборатория физики для нейроморфных вычислительных систем

Мультиферроики и двумерные материалы для нейроморфных вычислений

Программа исследований лаборатории основана на представлении о том, что человеческий мозг с его сложной архитектурой, сочетающей в себе как обработку, так и хранение информации, потребляет всего около 10 Вт энергии, обладая при этом, по крайней мере для некоторых задач, такой же мощностью, как суперкомпьютер, потребляющий 10 МВт. Безотлагательность и необходимость перехода к нейроморфному оборудованию уже привели к коммерческому производству нейроморфных чипов, таких как Loihi (Intel) и TrueNorth (IBM). Однако эти устройства основаны на кремниевой технологии КМОП, и, несмотря на некоторую выгоду с производственной точки зрения, сталкиваются с теми же ограничениями по энергопотреблению, что и стандартные КМОП-устройства. Кроме того, они по-прежнему используют цифровые технологии, в то время как мозг по своей сути является аналоговым устройством. Чтобы лучше имитировать мозг и использовать преимущества его архитектуры, аналоговая нейроморфная обработка данных должна эмулироваться непосредственно в материале устройства. Поэтому предлагаеся программа, в которой будут исследованы нейроморфные концепции, основанные на управляемой оптическим импульсом, магнитным полем, электрическим полем и деформацией перестройке (переключении) множественных состояний в мультиферроидных и двумерных материалах с конечной целью создания ИКТ-устройств с низким энергопотреблением.

Цель проекта:

Заложить научную основу для радикального повышения энергоэффективности и операционной скорости информационных и коммуникационных технологий (ИКТ).

Задачи проекта:

1. Развитие представлений об управляемой множественности и пластичности в ферроидных материалах на основе: а) подвижности ферроидных доменных стенок; б) отклика магнитных и спиновых структур на воздействие электрического поля через магнитоэлектрическое взаимодействие; в) отклик магнитных и сегнетоэлектрических структур на механические напряжения (стрейнтроника); г) интерфейсные эффекты на границах ферроик/двумерные материалы;
2. Разработка концепций повышения быстродействия и энергоэффективности ферроиков за счет управления магнитными спиновыми структурами/степенями свободы при помощи ультракоротких лазерных импульсов;
3. Разработка методов визуализации эффектов по пунктам 1) и 2), включая (нелинейную) динамику спинов, механических напряжений и доменных границ;
4. Разработка элементов, использующих принципы организации мозга, таких как синапсы и нейроны, на основе (2D) ферроидных материалов: мемристоров, спиновых затворов, элементов стрейнтроники;
5. Разработка концепций энергоэффективных ИКТ-архитектур на основе разработанных материалов и эффектов.

Направления исследований: Электротехника, электронная техника