연구자들, 나노 자석을 이용한 AI 컴퓨팅 기술 시연

임페리얼 کال리지 런던의 연구팀은 뇌의 신경 세포와 유사하게 상호 작용하는 나노 자석을 이용하여 인공 지능(AI)을 수행하는 방법을 시연했습니다.

이 새로운 “나노 자석” 컴퓨팅 방법은 AI와 관련된 에너지 비용을 절감할 수 있습니다. 이는 전 세계적으로 AI 에너지 비용이 3.5개월마다 두 배로 증가하고 있기 때문에 중요합니다.

이 연구는 나노 기술 저널에 발표되었습니다.

나노 자석을 이용한 AI와 유사한 처리

연구 논문에서, 연구팀은 나노 자석 네트워크가 AI와 유사한 처리를 달성할 수 있다는 첫 번째 증거를 시연했습니다. 또한 이러한 나노 자석을 ‘시계열 예측’ 작업에 사용할 수 있음을 보여주었습니다. 이는 당뇨병 환자의 인슐린 수치를 예측하는 것과 같은 작업을 포함합니다.

클래식 신경 네트워크는 인간 뇌의 작동 방식에 기반하여 설계되었습니다. 즉, 신경 세포가 정보를 처리하기 위해 서로 통신합니다. 그러나 자석을 직접 이 과정에 사용하는 것은 어려웠습니다. 연구자들은 데이터를 입력하거나 정보를 추출하는 방법을 몰랐기 때문입니다.

자석 상호 작용을 시뮬레이션하기 위해 전문가들은 일반적으로 전통적인 실리콘 기반 컴퓨터에서 실행되는 소프트웨어를 사용합니다. 이는 뇌를 시뮬레이션하는 데 도움이 됩니다. 현재의 발전은 연구팀이 소프트웨어 시뮬레이션의 필요성을 없애는 자석 자체를 사용하여 데이터를 처리하고 저장하는 것을 가능하게 했습니다.

나노 자석은 모두 동일하지 않습니다. 대신, 그들은 방향에 따라 다양한 ‘상태’를 가지고 있습니다. 나노 자석 네트워크에 자석 필드를 적용하면, 자석의 상태는 입력 필드의 속성과 주변 자석의 상태에 따라 변경될 수 있습니다.

새로운 기술 설계

연구팀은 이를 이용하여 자석 필드가 통과한 후 각 상태의 자석 수를 세는 기술을 설계할 수 있었습니다.

Dr. Jack Gartside는 연구의 공동 제1저자입니다.

“우리는 오랜 시간 동안 자석 컴퓨팅에서 데이터를 입력하고, 질문을하고, 답변을 얻는 문제를 해결하려고 노력했습니다.”라고 Dr. Gartside는 말했다. “이제 이것이 가능함을 증명했으므로, 에너지 집약적인 시뮬레이션을 수행하는 컴퓨터 소프트웨어를 제거하는 길을 열었습니다.”

Killian Stenning은 논문의 공동 제1저자입니다.

“자석이 상호 작용하는 방식은 우리에게 필요한 모든 정보를 제공합니다. 물리 법칙 자체가 컴퓨터가 됩니다.”라고 Stenning은 말했다.

Dr. Will Branford는 팀 리더입니다.

“소프트웨어 알고리즘의 컴퓨터 하드웨어를 실현하는 것이 장기적인 목표였습니다.”라고 Dr. Branford는 말했다. “그러나 전통적인 자석의 원자에 있는 스핀을 사용하여这是 불가능했습니다. 그러나 나노 패턴화된 배열로 스핀을 확장함으로써, 필요한 제어와 읽기를 달성할 수 있었습니다.”

에너지浪費 감소

전통적인 실리콘 칩 컴퓨터에서 사용되는 많은 에너지는 처리와 메모리 저장 중에 전자의 비효율적인 수송으로 인해浪費됩니다. 반면에, 나노 자석은 전자와 같은 입자의 물리적인 수송을 필요로하지 않습니다. 그들은 ‘마그논’ 파동으로 정보를 처리하고 전달하며, 각 자석은 주변의 다른 자석의 상태에 영향을 미칩니다.

이 과정은 에너지浪費를 줄입니다. 정보의 처리와 저장은 별도로 수행되지 않고, 전통적인 컴퓨터의 경우와 달리 함께 수행됩니다. 이러한 발전으로 인해, 나노 자석 컴퓨팅은 전통적인 컴퓨팅보다 최대 100,000배 더 효율적일 수 있습니다.