Projektbeschreibung
Könnten atomare Spins die IKT- und Computerindustrie beflügeln?
Vor nahezu einem halben Jahrhundert sagte Intel-Mitbegründer Gordon Moore voraus, dass sich in Zukunft die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle zwei Jahre verdoppeln und so bei gleichzeitiger Kostensenkung die Rechenleistung dramatisch erhöhen würde. Jahrzehntelang hat sich seine Vorhersage bewahrheitet, aber ihre Genauigkeit hat allmählich nachgelassen, was größtenteils auf die mit der Unterbringung derart vieler Transistoren auf immer kleinerem Raum verbundenen Energie- und Wärmeprobleme zurückzuführen ist. Das EU-finanzierte Projekt SPINAPSE folgt dem Vorbild der Natur und wird Erkenntnisse aus dem, trotz erstaunlich hoher Geschwindigkeit und Leistung seiner „Berechnungen“, unglaublich niedrigen Energieverbrauch des Gehirns gewinnen. Das Team entwickelt auf der Basis atomarer Spins neuartige Hardware nach dem Vorbild des Gehirns. Ziel sind bahnbrechende rechnergestützte Paradigmen für die Informations- und Kommunikationstechnologien.
Ziel
The growing trend in global electricity consumption has created a new challenge for materials-based science: to find computational paradigms toward ICT that are not only smaller and faster, but also energy-efficient. A new source of inspiration is the human brain, which consumes a mere 20 W of energy, while a supercomputer consumes about 10 MW. The emerging field of brain-inspired hardware aims at utilizing physical phenomena in high-quality materials toward pattern recognition and energy- efficient ICT. The goal of this project is to adapt the principles of magnetism toward brain-inspired hardware, utilizing individual and coupled atomic spins. The ultimate aim of SPINAPSE is to probe the feasibility and create proof-of-concept systems, which demonstrate computational principles such as pattern recognition. I define three objectives, which address understanding magnetism in the three most prominent neural models: (1) Hopfield model, (2) Perceptron, (3) Reservoir computing. The strategy is to utilize the so-called spin workbench, based on low-temperature scanning tunneling microscopy, as a platform to create tailored spin arrays with atomic-scale control. This method combines single atom magnetic imaging and atom-scale fabrication, enabling the control of the magnetic interactions and dynamics between ensembles of atoms, atom by atom. We will construct bottom-up magnetic nanostructures to implement all-spin and atomic-scale based neural hardware. We will deliver a new state of the art in magnetic imaging, including (a) developing the spin workbench with a newly built 30 mK magnetic STM facility, defining a new state of the art in magnetic imaging worldwide, and (b) time-resolved imaging to probe the magnetization dynamics of stochastic spin arrays at milliKelvin temperatures. The outcome of SPINAPSE will deliver a new state of the art, new fundamental understandings, and create proof-of-concept technologies for atomic-scale brain-inspired hardware.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencescomputer and information sciencesartificial intelligencepattern recognition
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringelectronic engineeringcomputer hardwaresupercomputers
- natural sciencesphysical sciencesopticsmicroscopyscanning tunneling microscopy
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
6525 XZ Nijmegen
Niederlande