В 1000 раз более быстрые компьютеры: американские исследователи создали магнитно-звуковой транзистор

Американские исследователи из Мичиганского и Висконсинского университетов создали новый тип транзистора, способного ускорить работу компьютеров в 1000 раз.

Микросхема, получившая название M3BOLT, использует магнитные и звуковые волны для обработки информации, в отличие от традиционной транзисторной схемы. Группа исследователей получила финансирование в размере до $6 млн от Агентства перспективных оборонных исследований (DARPA). По мнению исследователей, разработанное устройство способно ускорить работу компьютеров в 100–1000 раз.

Исследователи отмечают, что новый чип способен преодолеть ограничения традиционных транзисторов и значительно сократить энергопотребление. Традиционные процессоры содержат миллиарды транзисторов, которые быстро включаются и выключаются для обработки данных и выполнения инструкций.

Производители на протяжении десятилетий работают над уменьшением размеров транзисторов для повышения производительности и снижения энергопотребления. Однако уменьшение размеров транзисторов также негативно сказывается на их производительности, поскольку они пропускают электроны даже в выключенном состоянии. По мнению исследователей, теоретический предел энергоэффективности традиционных транзисторов может быть достигнут к 2037 году.

В связи с этим исследователи создали M3BOLT, использующий сегнетоэлектрический сигнал ниобата магния и титаната свинца (PMN-PT), а также тонкий слой магнитного сплава железа и галлия. Кристалл изменяет свою электрическую ориентацию под воздействием электрического поля.

 Изменение электрической ориентации влияет на магнитные свойства слоя железа-галия и приводит к образованию волн, известных как магноны. Они способны распространяться через материалы с очень низким сопротивлением и снижать тепловые энергетические потери.

Поскольку магнитные волны могут достигать терагерцовых частот, это позволит компьютерам обрабатывать информацию в сотни раз быстрее, чем современные гигагерцовые процессоры. Кроме того, созданный чип также может хранить и обрабатывать информацию. Для этого исследователям необходимо изменить магнитную ориентацию слоя железа и галия, чтобы переключаться между магнитными и немагнитными звуковыми волнами. Эти два состояния могли бы работать как 1 и 0 вместо двух уровней напряжения в современных транзисторах.

При этом магнитная ориентация остается неизменной даже при отключении питания. Это означает, что один и тот же материал потенциально может обрабатывать информацию и хранить данные без постоянного источника питания.

Конструкция позволяет снизить энергопотребление за счет сокращения объемов передачи данных. По словам руководителя проекта Джона Херона, автономные или портативные устройства смогут использовать значительно более мощные системы без необходимости использования габаритных источников питания.

В настоящее время исследователи из Университета Висконсина планируют использовать компьютерное моделирование для изучения производительности чипа и выявления потенциальных дефектов материалов. В то же время ученые из Мичиганского университета продолжат заниматься разработкой материалов, устройств и схем, необходимых для интеграции технологии в пользовательские ПК.

Пока исследователи сосредоточены на потребностях маломощных устройств и приложений. Однако они прогнозируют, что в будущем на основе этой технологии можно будет создавать суперкомпьютеры без необходимости использования крупных источников питания.

Источник: University of Michigan Engineering; Interesting Engineering