Forscher der Universität Tokio haben ein magnetisches Schaltgerät entwickelt, das bis zu 1.000-mal schneller arbeitet als bestehende KI-Beschleuniger, dabei deutlich weniger Energie verbraucht und nur minimale Wärme erzeugt. Diese Innovation zielt darauf ab, Überhitzung und Batterieentladung in elektronischen Geräten zu bekämpfen, was die Effizienz von Computern und Smartphones steigern könnte.
Die Forschung wurde Anfang dieser Woche in der Zeitschrift Science veröffentlicht und baut auf einer im Januar 2025 in Nature veröffentlichten Studie auf. Das neue Gerät nutzt eine Methode zur Sie können einen binären magnetischen Zustand mit Pikosekundengeschwindigkeit umdrehen, ein erheblicher Fortschritt gegenüber dem Schalten im Nanosekundenbereich, das bei Prozessoren auf Siliziumbasis üblich ist. Die Studie befasst sich mit der Wärmeentwicklung, die mit der Prozessorgeschwindigkeit zunimmt und zu einem übermäßigen Stromverbrauch in Rechenzentren führt.
Die Forscher konstruierten ein spintronisches Gerät unter Verwendung einer Mangan- und Zinnverbindung (Mn3Sn), die für ihre antiferromagnetischen Eigenschaften bekannt ist. Dieser Gerätetyp nutzt sowohl die Ladung als auch den Spin von Elektronen und ermöglicht so eine effizientere Datenverarbeitung, -speicherung und -übertragung im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitern.
In ihrem Machbarkeitsnachweis zeigte das Team, dass das Senden eines 40 Pikosekunden langen elektrischen Impulses durch den Antiferromagneten seinen magnetischen Zustand mit minimaler Widerstandswärmeerzeugung umkehrt. Dieser Prozess verbraucht weniger Energie als aktuelle KI-Beschleuniger, was die Erwartungen an die Entwicklung effizienterer KI-Hardware erhöht.
Eine Pikosekunde entspricht einem Billionstel einer Sekunde und ist damit tausendmal kürzer als eine Nanosekunde. Sollte diese Technologie von der Forschung zur kommerziellen Nutzung übergehen, könnte sie für Cloud-basierte Quantendienste von Vorteil sein und möglicherweise optisches Quantencomputing zugänglicher machen. Professor Tomo Nakatsuji erklärte: „Es besteht (auch) die Möglichkeit, dass Daten, deren Download eine Stunde dauert, in einer Sekunde verarbeitet werden können.“
Es ist wichtig zu beachten, dass die Erhöhung der Binärzustands-Schaltgeschwindigkeit um das Tausendfache zwar einen erheblichen Fortschritt darstellt, jedoch aufgrund der Komplexität von Computersystemen, die von der Zusammenarbeit mehrerer Hardware- und Softwarekomponenten abhängen, nicht zu einer tausendfachen Steigerung der Gesamtrechengeschwindigkeit führt.
