ابتكار إطار رياضي جديد لتقليص استهلاك الطاقة في ذاكرة الحاسوب المستقبلية

طور باحثون من جامعة إدنبرة البريطانية إطاراً رياضياً مبتكراً يهدف إلى تقليص الطاقة اللازمة لتخزين ومعالجة المعلومات الرقمية ضمن تقنيات الذاكرة المغناطيسية المستقبلية، وذلك عبر تحسين الآليات المستخدمة لتعديل الحالات المغناطيسية للذاكرة.

وأوضحت جامعة إدنبرة عبر موقعها الإلكتروني أن التقنية المستحدثة تعتمد على صياغة نبضات مغناطيسية فائقة السرعة بالاستعانة بأساليب رياضية دقيقة، لضمان تنفيذ عمليات تبديل البيانات بأقل قدر ممكن من استهلاك الطاقة. كما أظهرت نتائج المحاكاة إمكانية خفض الطاقة المطلوبة بشكل ملحوظ مقارنة بالعديد من تقنيات الذاكرة الحالية والناشئة.

وبين الباحثون أن الذاكرة المغناطيسية ترتكز على تبديل الحالات المغناطيسية لتمثيل البيانات الرقمية، حيث جرى توظيف «نظرية التحكم الأمثل» للوصول إلى الأسلوب الأكثر كفاءة في تعديل هذه الحالات، مع الأخذ بعين الاعتبار القيود العملية المرتبطة بتطبيق التقنية داخل الأجهزة.

وبيّنت عمليات المحاكاة الحاسوبية أن الإطار الجديد قادر على خفض طاقة التبديل بمستويات عالية مقارنة بأنظمة الذاكرة المستخدمة أو قيد التطوير حالياً، ومن أبرزها ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية «DRAM» وتقنيات الذاكرة المغناطيسية «STT-MRAM» و«SOT-MRAM».

وأكد الباحثون أن متطلبات الطاقة المستخلصة تقترب تدريجياً من «حد لانداور»، الذي يمثل الحد الأدنى للطاقة المتعلقة بالمعالجة الفيزيائية للمعلومات، مما يعد خطوة جوهرية نحو بناء أنظمة حوسبة فائقة الكفاءة في استهلاك الطاقة.

وفي السياق ذاته، صرح الدكتور إلتون سانتوس من معهد فيزياء المادة المكثفة والأنظمة المعقدة في جامعة إدنبرة، والذي ترأس فريق البحث، بأن التوسع المتسارع في تطبيقات الذكاء الاصطناعي والتقنيات القائمة على كميات ضخمة من البيانات يرفع من حدة الحاجة لتقليص استهلاك الطاقة خلال عمليات تخزين ومعالجة المعلومات.

وأشار فريق البحث إلى أن هذا الإطار الرياضي لا يقتصر نطاقه على المجالات المغناطيسية فحسب، بل يمكن تطويره مستقبلاً ليتوافق مع التيارات الكهربائية أو نبضات الليزر فائقة السرعة المستعملة ضمن بعض التقنيات المتقدمة لحفظ البيانات.

يُذكر أن نتائج البحث نُشرت في مجلة «المواد المتقدمة» (Advanced Materials)، ومن المنتظر أن تسهم في توجيه مسارات تطوير الأجيال المقبلة من تقنيات الذاكرة الاقتصادية في استهلاك الطاقة، بالتوازي مع ضرورة إجراء مزيد من الاختبارات التطبيقية للتأكد من النتائج المستخلصة عبر المحاكاة.