Spintronics-Based Hardware Paradigm for Artificial Intelligence

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究課題は、人工知能（AI）ハードウェアパラダイムの創成を念頭に、不揮発性スピン素子を用いたAIハードウェアとしての集積回路を設計実現することを目指して進めてきた。当初の計画に従い、３つの主要課題、①AIコンピューティングハードウェア向けスピントロニクス素子の開拓、②ノイマン型AIコンピューティングハードウェアの実現、③非ノイマン型AIコンピューティングハードウェアの実現、に対して研究を進めた。①については、アナログスピントロニクス素子のダイナミクスを利用することでスパイクタイミング依存可塑性やリーキー・インテグレート・アンド・ファイアなどの非ノイマン型ニューラルネットワークで必要とされるニューロン、シナプスの特性をスピン素子で再現できることなどが分かった。その他、反強磁性/強磁性ヘテロ構造におけるジャロシンスキー・守谷相互作用やスピン軌道トルクなどを評価し、人工知能ハードウェア応用に向けた有用な知見を得た。②については、基本回路の検討、ならびにハードウェアアルゴリズム検討のためのプラットフォーム構築に取り組み、スピン素子ベース多機能・再構成可能演算回路の設計や学習アルゴリズム評価のためのプラットフォーム構築などを進めノイマン型AIハードウェア実現の土台を形成した。③については、非ノイマン型・脳型コンピューティングアーキテクチャの検討、アナログスピンシナプス特性を考慮した学習則、アナログスピンメモリ素子を組み込んだアナログニューラルネットワーク集積回路の構築に向けた詳細な検討を行った。