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スピントロニクスシナプス・ニューロンの実現による人工神経回路網のフロンティア開拓

研究課題

研究課題/領域番号 19J12206
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東北大学

研究代表者

BORDERS William  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードSpintronics / Probabilistic Computing / Neural Networks / Magnetic Tunnel Junction / Boltzmann Machine / Integer Factorization
研究開始時の研究の概要

This work proposes an interdisciplinary study into the possibilities of spintronics devices as synapses/neurons for artificial neural networks (ANN). Demonstration of each device's basic operation and establishment of its importance for ANN applications are addressed. After establishing both devices, the synapse/neuron will be implemented into circuits to demonstrate their characteristics, involving connection of identical devices to perform asynchronous operations.

研究実績の概要

The objective of this research was to developed spintronics-based devices for artificial neural networks. In the previous year I published experimental results of a probabilistic computing using stochastic magnetic tunnel junctions (MTJ) to solve integer factorization using 8 probabilistic bits (p-bits).
In this recent year, I have explored p-computing’s vast application space to determine it’s potential. First, in collaboration with Purdue Univ., we showed experimental results that MTJ-based p-bits can represent a Boltzmann machine and perform machine learning. These results have large implications in the realm of AI machine learning, especially in areas where area-efficient machine learning chips are desired, such as edge computing.
Second, in a work with the Univ. of Calif. Santa Barbara (USA), we showed theoretically that the MTJ structure can be changed to produce nanosecond fluctuations and independence. These results are will lead to the foundation of building highly-integrated, large-scale MTJ-based p-bit networks.
Finally, faster MTJ fluctuation speed leads to faster solution times. Along with other members in the lab, we experimentally demonstrated an MTJ with an in-plane easy axis with fluctuation speeds as fast as 8 ns, the world’s fastest fluctuating MTJ.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Purdue University/University of California, Santa Barbara(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Purdue University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Nanosecond Random Telegraph Noise in In-Plane Magnetic Tunnel Junctions2021

    • 著者名/発表者名
      K. Hayakawa, S. Kanai, T. Funatsu, J. Igarashi, B. Jinnai, W. A. Borders, H. Ohno, and S. Fukami,
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 126 号: 11 ページ: 117202-117202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.126.117202

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Double Free-Layer Magnetic Tunnel Junctions for Probabilistic Bits2021

    • 著者名/発表者名
      Camsari K. Y.、 Torunbalci M. M.、 Borders W. A.、 Ohno H.、 Fukami S.
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 18

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Integer factorization using stochastic magnetic tunnel junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Borders William A.、Pervaiz Ahmed Z.、Fukami Shunsuke、Camsari Kerem Y.、Ohno Hideo、Datta Supriyo
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 573 号: 7774 ページ: 390-393

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1557-9

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Probabilistic Computing Based on Spintronics Technology2020

    • 著者名/発表者名
      S. Fukami、W. A. Borders、 A. Z. Pervaiz、 K. Y. Camsari、 S. Datta、H. Ohno
    • 学会等名
      IEEE SILICON NANOELECTRONICS WORKSHOP 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Probabilistic computing with stochastic magnetic tunnel junctions2020

    • 著者名/発表者名
      K. Camsari、 W. A. Borders、 A. Z. Pervaiz、 S. Fukami、 S. Datta、 H. Ohno
    • 学会等名
      第44回日本磁気学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Probabilistic Computing with Stochastic Magnetic Tunnel Junctions2019

    • 著者名/発表者名
      Borders William A.、Pervaiz Ahmed Z.、Fukami Shunsuke、Camsari Kerem Y.、Ohno Hideo、Datta Supriyo
    • 学会等名
      17th RIEC International Workshop on Spintronics
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Solving Integer Factorization with Stochastic Magnetic Tunnel Junctions and a Quantum Adiabatic Algorithm2019

    • 著者名/発表者名
      Borders William A.、Pervaiz Ahmed Z.、Fukami Shunsuke、Camsari Kerem Y.、Ohno Hideo、Datta Supriyo
    • 学会等名
      The 67th JSAP Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 室温動作スピントロニクス素子を用いて 量子アニーリングマシンの機能を実現

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2019/09/press20190918-01-spin.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 乱数発生ユニット及びコンピューティングシステム2019

    • 発明者名
      深見 俊輔、ボーダーズ ウィリアム、船津 拓也、大野 英男
    • 権利者名
      深見 俊輔、ボーダーズ ウィリアム、船津 拓也、大野 英男
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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