新科研與國大新突破 低能耗微電子裝置助力環保人工智能 | 聯合早報

新加坡科技研究局與新加坡國立大學合作，研發出可用於支持人工智能計算的新型微電子裝置，它的特別之處在於耗電量低，是一般電腦和智能手機儲存技術的千分之一。

本地這項研究突破，可能為新一代更節能的電子設備鋪平道路，有助於緩解人工智能等尖端科技對環境的影響。

這個裝置裏頭採用了一種叫“斯格明子”（skyrmion）的微小、超快速旋轉的磁旋渦，直徑只有髮絲的萬分之一。裝置運行所需的功率，僅僅是商業存儲裝置的千分之一。這項發現已於星期四（3月21日）發表在科學期刊《自然》上。

包括ChatGPT在內的人工智能技術，須以極快的速度處理大量數據，這就需要大量的計算能力。如今信息通信技術已經消耗全球電力的近兩成，隨着大型人工智能模型的增長，這一比率還將進一步提高。為滿足快速增長的需求，基礎計算“開關”或存儲位（memory-bit）已不斷縮小，且已接近物理極限。

邊緣計算（edge computing），是緩解眼下能源危機的一個突出方法，尤其是針對交通、醫療保健和製造領域而言。使用這個技術意味着數據在電話、智能家居設備和車輛等設備中單獨處理，而不在耗電量大的大規模數據中心裏。但計算能力和電力的限制，導致邊緣設備無法執行復雜的計算。因此，必須開發一種截然不同的微電子平台，實現高效和可持續的人工智能計算。

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](https://hk.outputnews.com/2024/zaobao/news_2024_03_09_669153) 斯格明子是在特定磁性層內形成的微小磁旋轉，只是人類頭髮寬度的萬分之一。這些旋轉僅在磁性層變得極其薄時才會產生。這種旋轉10年前才被發現，它們非常穩定且小巧，可在磁性區域間高效地移動，也是用於AI技術高效大規模數據處理的理想移動開關。

要充分發揮斯格明子的巨大潛力並加以採用，關鍵在於通過類似電腦使用的電氣通路來這麼做。雖然10多年來可在特殊顯微鏡下觀察到斯格明子並且已可用笨重的磁體操縱，但缺乏電氣控制，一直導致相關技術發揮不了作用。

研究團隊的突破，是首次實現了對斯格明子的電讀取（electrical readout）和狀態之間的電切換（例如從“0”到“1”，反之亦然）。要做到這一點，團隊採用了一種稱為隧道結（tunnel junction）的裝置，它可在環境條件允許下操作，並且在商業存儲和硬盤應用中廣泛使用。

獨特斯格明子潛能 促進高效人工智能

新加坡科技研究局材料研究與工程研究院首席科學家、新加坡國立大學科學學院物理系助理教授安詹·蘇米亞納拉揚（Anjan Soumyanarayanan）博士説：“斯格明子具有獨特且難以捉摸的特性，可以用來實現各種前所未有的效率和功能的人工智能架構。我們的微電子裝置能釋放它們的潛能，裝置將有助於將斯格明子鞏固為未來計算的重要組成部分。”

新加坡科技研究局材料研究與工程研究院電子材料部門高級科學家詹姆斯·洛雷姆巴姆（James Lourembam）博士説：“我們的微電子裝置是在200毫米硅晶片上製造的，使用的材料和方法為現有新加坡和全球微電子鑄造廠所廣泛採用。我們希望與電子集羣生態系統合作，加速這些裝置與現有邊緣計算技術的實際集成。”

研究團隊希望通過進一步改進電氣性能，從而能更輕鬆地把強化的計算開關以現有方法集成到微處理器中。