Novo sistema de computação magnética pode resolver problemas complexos de otimização
Pesquisadores da Universidade de Beihang, em parceria com as empresas Suzhou Inston Technology e Empyrean Technology, desenvolveram uma nova máquina de Ising baseada em espintrônica, conjunto de tecnologias que utiliza as propriedades magnéticas dos materiais para processar ou armazenar informações. O sistema, apresentado em um artigo publicado na revista Nature Electronics, tem potencial para resolver tarefas complexas de otimização combinatória, incluindo o planejamento de rotas de fiação e a atribuição de conexões a diferentes camadas condutoras em chips de computador.
O problema enfrentado pela nova máquina é rotineiro para quem projeta circuitos integrados. Ao desenhar novos chips de computador, engenheiros precisam tomar diversas decisões sobre como conectar os componentes internos e, ao mesmo tempo, aproveitar de maneira eficiente o espaço limitado disponível. O planejamento dessas conexões envolve a chamada otimização combinatória, ou seja, a busca pela melhor combinação de escolhas dentro de regras específicas, um tipo de tarefa para a qual a máquina de Ising foi concebida.
A solução proposta pelos pesquisadores se apoia na memória magnetorresistiva de acesso aleatório, um dispositivo que armazena informações em estados magnéticos que podem ser diferenciados pela resistência que apresentam ao fluxo de carga elétrica. De acordo com o estudo, a memória criada pela equipe contém 96 mil elementos de spin, sendo que cada um deles pode representar um de dois estados possíveis, identificados como +1 ou −1. É essa estrutura magnética que serve de base para o funcionamento do novo sistema de computação.
O trabalho, assinado por Sai Li e colegas, descreve uma máquina de Ising para otimização combinatória construída sobre memória magnetorresistiva integrada a circuitos CMOS, com operação em escala de subnanossegundo. Isso significa que o hardware atualiza os estados de spin em um bilionésimo de segundo ou menos, um indicativo da velocidade com que os elementos magnéticos do sistema mudam de configuração durante o processamento das informações.
Na prática, o desenvolvimento mostra que as propriedades magnéticas dos materiais podem ser empregadas como fundamento de um hardware dedicado a problemas de otimização, como os que surgem no projeto de chips, quando é necessário decidir como ligar componentes e distribuir conexões entre camadas de fiação. A pesquisa, divulgada na Nature Electronics, foi realizada de forma conjunta por uma universidade e por duas empresas de tecnologia, o que aproxima o resultado do ambiente de desenvolvimento de produtos.
Com a publicação do artigo, a equipe coloca à disposição da comunidade científica uma proposta concreta de uso da espintrônica em tarefas de otimização combinatória, aplicando a memória magnetorresistiva e seus milhares de elementos de spin a problemas reais de engenharia de circuitos. Os próximos passos do projeto não foram detalhados na divulgação, mas o sistema já demonstra, segundo os autores, capacidade para enfrentar esse tipo de desafio computacional.
