基于电压控制磁阻随机存取存储器的超低功耗快速伊辛机
应用物理
2026-03-17 v2 无序系统与神经网络
摘要
物理学启发的计算范例，如伊辛机，正在成为解决计算密集型组合优化问题（COPs）的传统von Neumann架构的有前景的硬件替代方案。尽管量子、光学和电子设备已引起广泛关注，因其在实现伊辛机方面的潜力，但其向实际系统的转化仍具有挑战，每种方法都面临功耗和速度的特定限制。为此，我们报告了首个基于电压控制磁阻随机存取存储器的芯片级自旋电子伊辛机。我们的设计核心利用由电压控制磁各向异性效应驱动的磁隧道结（MTJs），通过一种新机制实现伊辛自旋的概率更新。它实现了小于1纳秒的延迟和每次自旋更新下40飞子特尔的能耗，相较于以前基于电流驱动的MTJ实现实现了1000倍的改进。我们将两个现实世界的COP——电子设计自动化中的全局路由和层分配——映射到伊辛模型上，展示了能效达每瓦25000解的高质量结果。该能效在电子设备和图形处理单元中分别高出6和7个数量级。这些结果确立了电压控制自旋电子学作为下一代物理学启发机器智能的有力途径，为超低功耗、高速和可扩展计算提供了范式。
引用
@article{arxiv.2505.19106,
title = {An Ultra-Low Power and Fast Ising Machine using Voltage-Controlled Magnetoresistive Random Access Memory},
author = {Sai Li and Yihao Zhang and Albert Lee and Zheng Zhu and Lang Zeng and Peng Wang and Lei Gao and Di Wu and Weisheng Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.19106},
year = {2026}
}