2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of artificial intelligence hardware using magnetic tunnel junctions
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20H05655
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
久保田 均 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 総括研究主幹 (30261605)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
薬師寺 啓 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究チーム長 (10361172)
野村 光 大阪大学, 基礎工学研究科, 講師 (20506258)
礒川 悌次郎 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70336832)
田丸 慎吾 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70773802)
宇田川 将文 学習院大学, 理学部, 教授 (80431790)
谷口 知大 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (90635806)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 人工スピンアイス / 強磁性トンネル接合 / ナチュラルコンピューティング / リザーバ計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
人工スピンアイスは、サブミクロンの強磁性体セルからなるネットワークであり、磁気異方性と磁気的相互作用に起因するフラストレーションが発生し多彩な磁気的性質が観測されている。本研究では人工スピンアイスを物理リザーバ計算に適用し、高い計算性能と高集積化の両立に道を開く事を目指している。本年度の研究内容を以下に述べる。
○シミュレーションによるリザーバ計算 シミュレーションを用いて(a)ハニカム格子型、(b) ランダムまたはフラクタル状配置、(c)ナノワイヤ型の各人工スピンアイスを検討した。(a)ではMTJを想定した磁界擾乱下においてリザーバとして動作することを確認した。 (c)では、室温環境下で外乱ノイズがある場合でもリザーバ計算が可能であることを確認した。
○強磁性単層膜試料作製および実験装置開発 磁気力顕微鏡ならびに磁気カー効果顕微鏡を新たに作製した。これら顕微鏡は、リモート制御可能かつPythonにより駆動できるシステムとなっており、自動実験に対応している。
○強磁性トンネル接合素子試料の作製 基本的な作製プロセスを構築し、ハニカム型格子、正方格子、ピンホイール型格子の人工スピンアイスを作製した。ハニカム型格子および正方格子においては62個のセルに個別の電極を取り付け、磁気抵抗曲線を個別に測定することができた。
○設計ツール開発 計画を前倒しして設計ツールの開発を実施した。C++/CUDA/Pythonを用いたシミュレーションライブラリを開発、基本機能の実装ならびに検証を完了した。本シミュレータは、WindowsもしくはLinuxいずれのOS上でも動作する。機械学習用に広く使用されているPython言語をインタフェイスとし、CPU/GPUのいずれをも同一のコードで利用できることを特徴としている。本ツールの基本機能はコンテナ化済みであり、容易に配布可能となっている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、シミュレーションを先行して行い、強磁性単層薄膜での実験で素子作製・リザーバ計算の知見を積み、強磁性トンネル接合試料での実証に展開する計画である。現時点では、シミュレーション研究は順調に進んでおり、論文として成果発表もできた。強磁性単層磁性薄膜を用いた実験にも着手しており、物理リザーバ計算の実証にむけた準備も同時進行している。強磁性トンネル接合素子を用いた実験では、微細加工プロセスによる試料作製プロセスの基本的な部分が完了し、アレイ状試料の磁気抵抗効果曲線の観測に成功している。また、構築したシミュレーターうぃベースとした設計ツールの作成を前倒しして実施し、公開にむけて順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
シミュレーションにより人工スピンアイスリザーバに適したネットワークの構造の探索を引き続きおこなう。ここで得られた指針を活かして強磁性単層磁性薄膜を用いた物理リザーバ計算の実証に取り組む。強磁性トンネル接合素子を用いた人工スピンアイス試料の作製も進め、磁気的・電気的特性を評価する。また、これまでに開発したシミュレーターを拡張し設計ツールの開発を進める。
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Research Products
(8 results)
