东京大学的研究人员近日展示了一种基于激光驱动的非易失性磁开关器件，能够在40皮秒（40 ps）内完成状态翻转，速度较传统DRAM提升约1000倍。该器件工作时功耗异常低，发热量远低于许多现有超快开关方案。据悉，这款器件采用反铁磁材料锰锡（Mn₃Sn）构建，通过超短电脉冲即可可靠切换磁态，并且断电后仍能保持存储信息。研究团队还利用电信波段激光器和光电二极管产生超快光电流脉冲，成功实现将光信号直接转换为写入存储器的电脉冲。
物理状态切换与计算瓶颈
从最底层看，现代计算的本质就是切换物理状态。每一次操作——无论是运行游戏、训练AI模型、打开浏览器标签还是从存储加载文件——计算机内部都在进行着数十亿次乃至万亿次的微小物理状态变化：晶体管开关、存储单元充放电、缓存状态更新、数据通过互联移动、存储单元捕获或释放电子。这些切换事件正是二进制信息物理表征的基础。然而，状态切换需要能量，而且几乎全部能量最终都会转化为热量。这一现实在人工智能时代变得愈加突出——随着AI模型规模不断膨胀，数据移动和存储所消耗的巨量能源以及所产生的散热需求，已成为制约硬件发展的核心难题之一。
自旋电子学方案：速度与能耗的新平衡
研究团队验证了两种驱动方式：直接通过超短电脉冲切换，以及通过电信波段激光器和光电二极管将光信号转换为光电流脉冲间接切换。两种方式均能在皮秒时间尺度内稳定翻转磁态，且发热量极低。研究人员强调，相较于以往许多超快开关方案，该器件在功耗和散热方面具有明显优势。基于反铁磁材料Mn₃Sn的机制使得状态切换几乎不产生热量，同时器件具有非易失性，断电后数据不丢失。
研究人员指出，这种非易失性磁开关器件以极低功耗实现皮秒级切换的特点，被认为能够有效缓解现代AI硬件中因数据移动和存储而产生的巨大能耗与散热压力。该成果为高性能计算存储系统的设计提供了新的技术路径。
本文参考来源：Tom's Hardware
