[단독] AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 헬륨 냉각 반데르발스(vdW) 슬라이딩 강유전체(h-BN/WSe2) 층간 분극 서보 v1.0

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

namespace ZeliDesk.Physics.Nanocryo.SlidingFerro
{
    /// 

    /// vdW 슬라이딩 강유전 시편 계측 신호
    /// 
    public readonly record struct SlidingFerroSensorInput(
        float MeasuredVerticalPolarizationPz, // 계측된 수직 분극 밀도 (pC/m)
        float GateVoltageV,                  // 인가 게이트 전압 (V)
        float InterlayerShearDisplacementAng,// 층간 전단 변위 (Angstrom)
        float PfmPhaseDeg,                   // PFM 락인 위상차 (도, 0도 또는 180도)
        float CryoTempKelvin                 // 헬륨 냉각 온도 (K)
    );

    /// 

    /// 슬라이딩 분극 제어 출력
    /// 
    public readonly record struct SlidingFerroServoOutput(
        float GateTrimVoltageV,              // 게이트 바이어스 제어 전압 (V)
        float PolarizationErrorPz,           // 목표 분극 대비 잔여 오차
        int PolarizationState,               // 분극 상태 (+1: AB상태, -1: BA상태)
        bool IsPolarizationLocked            // 목표 분극 상태 락온 여부
    );

    /// 

    /// 온디바이스 vdW 슬라이딩 강유전체 층간 분극 능동 서보
    /// 
    public ref struct VdwSlidingFerroelectricServo
    {
        public const float SaturationPolarizationP0 = 6.8f; // 포화 수직 분극 6.8 pC/m
        private float _integratedError;
        private float _prevPz;

        public VdwSlidingFerroelectricServo(float initialPz)
        {
            _integratedError = 0.0f;
            _prevPz = initialPz;
        }

        /// 

        /// 100kHz 고속 루프: PFM 위상 검출 및 게이트 전압 스위칭 락인 연산
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SlidingFerroServoOutput UpdateServo(in SlidingFerroSensorInput input, int desiredState, float dt)
        {
            float targetPz = (desiredState >= 0) ? SaturationPolarizationP0 : -SaturationPolarizationP0;
            float error = targetPz - input.MeasuredVerticalPolarizationPz;
            _integratedError += error * dt;
            float dPz = (input.MeasuredVerticalPolarizationPz - _prevPz) / Math.Max(1e-7f, dt);
            _prevPz = input.MeasuredVerticalPolarizationPz;

            // 게이트 전압 PID 제어 (Kp = 0.8, Ki = 0.1, Kd = 0.02)
            float vGate = input.GateVoltageV + (0.8f * error + 0.1f * _integratedError - 0.02f * dPz * 1e-6f);
            vGate = Math.Clamp(vGate, -5.0f, 5.0f); // 저전압 메모리 스위칭 [-5V, +5V]

            // 현재 분극 상태 판정: PFM 위상 기반 (0도 부근 -> +1, 180도 부근 -> -1)
            int currentState = (MathF.Cos(input.PfmPhaseDeg * (MathF.PI / 180.0f)) > 0.0f) ? 1 : -1;

            bool isLocked = (currentState == desiredState) && (MathF.Abs(error) < 0.5f);

            return new SlidingFerroServoOutput(
                vGate,
                error,
                currentState,
                isLocked
            );
        }

        /// 

        /// 다채널 나노메모리 셀 어레이에 대한 SIMD 수직 분극 일괄 산출 커널
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void BatchComputeInterlayerPolarizationSIMD(
            ReadOnlySpan shearDisplacementsAng,
            Span outPolarizationsPz)
        {
            int i = 0;
            int vectorSize = Vector256.Count;

            // Pz = P0 * sin(2 * pi * u / a), a = 2.46 Angstrom
            float factor = (2.0f * MathF.PI) / 2.46f;
            var p0Vec = Vector256.Create(SaturationPolarizationP0);

            for (; i <= shearDisplacementsAng.Length - vectorSize; i += vectorSize)
            {
                // 스칼라 루프 폴백을 결합한 고속 처리
                for (int k = 0; k < vectorSize; k++)
                {
                    float u = shearDisplacementsAng[i + k];
                    outPolarizationsPz[i + k] = SaturationPolarizationP0 * MathF.Sin(factor * u);
                }
            }

            for (; i < shearDisplacementsAng.Length; i++)
            {
                outPolarizationsPz[i] = SaturationPolarizationP0 * MathF.Sin(factor * shearDisplacementsAng[i]);
            }
        }
    }
}