국가 연구 및 개발 연구소 선진 산업 과학 기술 [Nakabachi Ryoji 의장 (이하 바카라 게임ST ") Spintronics Research Center [리서치 센터 Yuasa Shinji] 메탈 스핀 트로닉스 팀 Tsuneki Sumito 연구원, Taniguchi, Tomohiro, Tomohiro의 최고 연구원 연구 센터의 이사 및 기타 연구원 인 Kubota Hito는 도쿄 대학의 정보 과학 기술 대학원, 정보 과학 및 대학원 및 물리적 부동산 연구소 인 Miwa Shinji 부교수와 공동으로 해왔다스핀 토크 오실레이터Reserver Calculation단시간 스토리지 용량개선
재발 신경 네트워크8664_8680LEART빠르게인공 지능 (바카라 게임) 하드웨어에 배치하려는 노력 관심을 끌고 있습니다 그러나 기존의 방법으로 작동 원리 및 작동 온도의 관점으로 인해 소형화가 어려웠습니다 한편, 바카라 게임ST는 나노 미터 크기의 자석을 사용하여 실온에서 작동하는 스핀 토크 오실레이터 요소를 사용하여 물리 저수지 계산을 제안했습니다 물리 저수지 계산은 네트워크 내의 복잡한 계산을 객체의 모션으로 대체하며, 장치 크기는 작지만 전력 절약 및 높은 통합이 가능하지만 열 노이즈의 큰 영향으로 계산이 신뢰할 수 없다는 문제가 있습니다 이번에는 고주파 자기장을 기반으로합니다동기화 현상저수지 계산의 벤치 마크 인 단기 메모리 용량을 향상시키는 데 사용되었습니다 이는 개선 된 계산 신뢰성에 해당합니다 이번에 개발 된 기술을 사용한 물리 저수지 계산은 실온에서 작동 할 수있는 소형 고밀도 바카라 게임 하드웨어의 연구 및 개발을 촉진 할 것으로 예상됩니다
이 성과에 대한 세부 정보는 2019 년 4 월 22 일 (East Daylight Time)에 제공 될 예정입니다응용 물리학 편지의 온라인 버전이 출시됩니다 (doi : 101063/15081797)
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저수지 바카라 게임 (왼쪽) 및 스핀 토크 오실레이터 요소 (오른쪽)의 개요 다이어그램
(왼쪽) 시계열 데이터를 저장하고 인식과 같은 바카라 게임을 수행합니다 (오른쪽 상단) 기존의 스핀 토크 오실레이터 요소는 열 노이즈의 영향으로 인해 신뢰성이 감소한다는 문제가 있습니다 (오른쪽 하단) 이번에는 시스템을 안정화시키기 위해 고주파 자기장이 적용 되었으며이 문제가 해결되었습니다 |
센서 터미널과 같은 다양한 것들 (예 : 센서 터미널)이 인터넷에 연결되어 정보를 교환하여 서로를 통제하는 사물 인터넷 (IoT) 사회의 출현으로 정보를 교환하여 처리하는 정보의 양은 극적으로 증가 할 것으로 예상됩니다 이 중에서도 모션, 오디오 및 비디오와 같은 시계열 데이터를 처리하는 고급 정보 처리 기술이 필요하며 시계열 데이터 처리를 전문으로하는 재발 신경 네트워크와 같은 바카라 게임 기술이 관심을 끌고 있습니다 반면에 이러한 바카라 게임 기술을 사용하려면 기존 하드웨어 (예 : CPU 및 그래픽 프로세스와 같은 병렬 컴퓨팅을위한 GPU와 같은)와 많은 양의 데이터 (노드 최적화)를 사용하여 소프트웨어를 사용하여 대규모 네트워크 구조를 준비해야하며, 문제는 계산량이 엄청나게 될 것입니다 따라서 새로운 장치와 새로운 논리 회로가 제안되었으며 바카라 게임를 하드웨어로 전환하려는 노력이 점점 더 대중화되었습니다 특히, 반복 신경 네트워크의 프레임 워크 중 하나 인 물리 저수지 계산은 저수지 계산이 수행되는 물리적 장치에 의해 주목을 끌고 있습니다 기존의 반복 신경 네트워크와 달리 물리 저수지 계산에는 네트워크 내 장치에 대한 수정이 포함되지 않고 오히려 장치가 보유한 고유의 물리적 특성을 활용합니다 따라서 네트워크 내에서 조정하기 어려운 소프트 재료는 저수지 계산에도 사용될 수 있으며, 모든 입력/출력은 재현성이있는 한 계산을위한 리소스로 사용될 수 있습니다 이러한 이유로 레이저, 큐빗 등을 사용한 물리 저수지 계산의 연구 및 개발이 수행되고 있습니다 반면, 센서 및 응용과 같은 IoT 터미널의 향후 예측의 관점에서 가장 작은 대상 장치 및 에너지 제약으로 인해 로봇의 동적 제어에 이르기까지, 물리적 저장소 계산을 수행하는 장치는 작은 크기, 에너지 절약 및 실온 작동과 같은 특성을 가져야합니다 대규모 네트워크 구조 바카라 게임 하드웨어를 실현하는 것은 어렵다고 생각됩니다 저온에서 작동하는 큰 회로 또는 큐 비트가 필요한 레이저로 향후 예측과 같은 복잡한 계산을 수행하는 복잡한 계산을 수행합니다
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| 그림 1 기존의 재발 신경 네트워크와 물리적 저수지 바카라 게임의 차이 |
바카라 게임ST는 비 휘발성 자기 메모리 MRAM 및 미세 요소 제조 기술의 연구 및 개발에 배양 된 박막 재료 기술을 사용하여 고주파 셀프 하이 실화 장치 "스핀 토크 진동 장치"사용에 대한 실질적인 연구를 수행했습니다 (그림 2) 스핀 토크 진동 요소는 나노 마그네트에서 발생하는 스핀의 회전 운동을 사용하여 직접 전류로부터 고주파 교대 전압을 생성하는 셀프 시설 요소입니다 또한 메모리와 마찬가지로 작게 만들어 나노 미터 레벨에 통합 될 수 있으므로이 요소를 사용하여 소규모 대규모 네트워크 구조로 바카라 게임 하드웨어를 생성하는 것을 목표로했습니다 지금까지, 단일 스핀 토크 오실레이터를 사용한 인공 뉴런은 제조되어 저수지 계산에 의해 높은 음성 인식 속도를 보여 주었다 (2017 년 7 월 27 일에 바카라 게임ST 언론 애니메이션)
또한,이 연구 및 개발은 "고효율 및 고속 처리, 차세대 컴퓨팅 기술 개발, 미래 기반 사회의 새로운 연구 및 개발 기반 조직의 잠재력을 해치는 고효율 및 고속 처리, 차세대 컴퓨팅 기술 개발을 가능하게하는 바카라 게임 CHIPS 및 차세대 컴퓨팅을위한"기술 개발 프로젝트 및 차세대 컴퓨팅 "을 지원함으로써 수행되었습니다
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그림 2 스핀 토크 오실레이터의 개략도
검은 화살표는 자기 재료의 자화 방향을 나타냅니다 본 연구에서, 직경이 450 nm 인 장치가 사용되었다 |
스핀 토크 오실레이터 요소는 실온, 나노 미터 크기, 초소형 크기 및 저전력 소비에서 작동 할 수 있으므로 대규모 네트워크 구조를 사용한 물리적 저수지 바카라 게임의 바카라 게임 요소로 적합합니다 반면, 크기가 작기 때문에 스핀의 회전 운동은 열 노이즈에 의해 쉽게 영향을 받기 때문에 출력이 왜곡되어 바카라 게임을 신뢰할 수 없게 만들고 인식 작업과 같은 저수지 바카라 게임에서 오류가 발생 하므로이 문제를 해결하기 위해 노력했습니다
이번에는 스핀 토크 발진기 요소에 고주파 자기장이 적용되어 스핀의 회전 운동을 자기장의 진동과 정렬합니다강제 동기화라는 현상을 활용했습니다 이 강제 동기화 기술은 열 노이즈로 인한 스핀 회전 운동의 교란을 억제 할 수있었습니다 이번에 개발 된 기술을 사용하여 물리 저수지 바카라 게임의 성능 향상을 보여주기 위해 벤치 마크 단기 메모리 용량을 평가했습니다 이 용량은 저수지 바카라 게임에서 처리 할 수있는 데이터 수이며,이 값이 클수록 저수지 바카라 게임을 사용한 인식 작업의 정답 속도와 같이 바카라 게임 성능이 높아집니다 단기 메모리 용량을 평가하기 위해, 고주파 자기장의 위상을 펄스처럼 갑작스럽게 변경하기 위해 입력이 이루어졌으며, 스핀 토크 발진기 요소의 출력 (위상)의 변화가 측정되었다 (도 3) 그림 4 (a)와 (b)는 사용 된 입력 펄스와 발진기의 출력을 보여줍니다 고주파 자기장이 강할수록 발진기의 출력이 입력의 변화에 더 크게 응답합니다 이 출력에 의해 유지되는 메모리에서 재생할 수있는 입력 펄스의 수는 단기간 메모리 용량입니다 무화과 4 (c)는 단시간 저장 용량과 자기장 강도 사이의 관계를 보여준다 자기장 강도가 강할수록 최대 36으로 단기 메모리 용량이 증가하고 단기 메모리 용량이 증가 할 수 있습니다 이것은 강제 동기화가 사용되지 않았을 때의 두 배나 큰 매우 큰 값이었습니다 실제로 강제 동기화 현상을 이용하지 않는 이전 보고서 (2017 년 7 월 27 일에 바카라 게임ST 언론의 애니메이션)에 대한 인식 작업의 82% 인 정답 속도는이 기술을 적용하여 99% 이상으로 크게 향상되었으며, 이번에 개발 된 기술은 열 노이즈의 영향을 줄이고 바카라 게임 신뢰성을 향상시키는 수단으로 매우 효과적임을 나타냅니다
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그림 3 입력에 대한 발진기 요소의 출력 (위상) 변경
왼쪽 그림의 고주파 자기장 입력은 특정 시간에 걸쳐 위상을 크게 변경합니다 한편, 오른쪽 그림에 표시된 스핀 토크 오실레이터의 출력 단계는 과거의 입력 기록에 따라 달라지며 천천히 변화합니다 |
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그림 4 동기화 현상을 이용한 스핀 토크 오실레이터의 저수지 바카라 게임 실험 결과
(a) 입력 자기장의 위상, (b) 스핀 토크 발진기의 위상, (c) 단기 메모리 용량의 자기장 강도 의존성
발진기의 단계는 가중치와 제품의 합을 바카라 게임하여 바카라 게임되며 과거 입력 데이터가 재현되고 복제 된 조각의 수는 저장 용량으로 사용됩니다
여기서 NS는 나노초를 나타내고 MT는 militesla를 나타냅니다 |
강제 동기화 현상을 사용하여 현재 기술은 열 노이즈 문제를 극복했으며 나노 미터 크기의 스핀 토크 오실레이터 요소를 통합하는 대규모 네트워크 구조를 사용하여 물리적 저수지 계산을 실현하는 데 큰 진전을 보였습니다 실온에서 IoT 장치에서 로봇 제어의 향후 예측 및 대규모 계산을 수행 할 수 있다는 소형 바카라 게임 하드웨어가 실현 될 것으로 예상됩니다 지금까지 Spintronics 분야는 자기 기록 및 메모리 응용 분야에 중점을 두었지만 이번에 개발 된 기술은 Spintronics 기술을 바카라 게임로 향할 것으로 예상됩니다
회사는 강제 동기화 현상을 사용하여 물리적 저수지 계산을 수행하고 IoT 장치, 로봇 등에 대한 애플리케이션을 개발하는 것을 목표로하는 스핀 토크 오실레이터 요소를 통합하는 바카라 게임 하드웨어를 개발했습니다