방사광 X선 극저온 반강자성 스핀트로닉스 테라헤르츠 네엘(Néel) 벡터 스위칭 서보 C# SIMD 엔진

3. C# .NET 9.0 Zero-Allocation 50,000Hz 반강자성 스핀 서보 엔진

동적 메모리 할당 없는 `ref struct`와 AVX2 가속을 통해 10us 내에 테라헤르츠 스위칭 후의 AMR 저항 변화를 검증하고 전류 드라이버를 제어합니다.

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Quantum.Spintronics
{
    /// <summary>
    /// 반강자성 메모리 셀 8채널 AMR 저항 및 펄스 전류 모니터링 텔레메트리 (50kHz 샘플링)
    /// </summary>
    [StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 4)]
    public readonly struct AfmSpintronicsTelemetry
    {
        public readonly float TimestampUs;
        public readonly float PulseCurrentDensity1e11Am2; // e.g. 2.4 x 10^11 A/m^2
        public readonly float CryoTemperatureK;
        public readonly Vector256<float> ChannelAmrResistanceOhms; // 8개 셀 저항

        public AfmSpintronicsTelemetry(
            float timeUs, float currentDense, float tempK, Vector256<float> resistances)
        {
            TimestampUs = timeUs;
            PulseCurrentDensity1e11Am2 = currentDense;
            CryoTemperatureK = tempK;
            ChannelAmrResistanceOhms = resistances;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 50kHz 반강자성 네엘 벡터 피코초 스위칭 판정 및 SOT 전류 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class AntiferromagneticNeelSwitchingServoEngine
    {
        private const float BaseStateOhms = 125.0f;
        private const float SwitchedStateOhms = 132.5f; // deltaR = 7.5 Ohm
        private const float CurrentGainKp = 0.045f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining | MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void ComputeSwitchingServo(
            in AfmSpintronicsTelemetry telemetry,
            out int totalSwitchedCells,
            out bool isSwitchingVerified,
            out float commandedCurrentAdjustmentPercent)
        {
            Span<float> rSpan = stackalloc float[8];
            MemoryMarshal.Write(MemoryMarshal.AsBytes(rSpan), in telemetry.ChannelAmrResistanceOhms);

            // 1. 8개 셀의 저항 상태 판정 (128.5 Ohm 기준 논리 상태 분류)
            int switchedCount = 0;
            float avgRes = 0.0f;
            for (int i = 0; i < 8; i++)
            {
                avgRes += rSpan[i];
                if (rSpan[i] >= 128.75f) switchedCount++;
            }
            totalSwitchedCells = switchedCount;
            avgRes *= 0.125f;

            // 2. 전체 셀 스위칭 완료 검증
            isSwitchingVerified = switchedCount == 8;

            // 3. 미완료 셀 존재 시 펄스 전류 밀도 상향 피드백
            if (!isSwitchingVerified)
            {
                float resErr = SwitchedStateOhms - avgRes;
                commandedCurrentAdjustmentPercent = Math.Clamp(CurrentGainKp * resErr * 100.0f, 0.0f, 25.0f);
            }
            else
            {
                commandedCurrentAdjustmentPercent = 0.0f; // 최적 상태 유지
            }
        }
    }
}