У 1000 разів швидші комп'ютери: американські дослідники створили магнітно-звуковий транзистор

Американські дослідники з Мічиганського та Вісконсинського університетів створили новий тип транзистора, здатного пришвидшити комп’ютери у 1000 разів.

Мікросхема, що отримала назву M3BOLT використовує магнітні та звукові хвилі для обробки інформації на відміну від традиційного транзисторного підключення. Група дослідників отримала фінансування у розмірі до $6 млн від Агентства перспективних оборонних досліджень (DARPA). На думку дослідників, розроблений пристрій здатен пришвидшити комп’ютери у 100-1000 разів. 

Дослідники зазначають, що новий чип здатен подолати обмеження традиційних транзисторів та значно зменшити енергоспоживання. Традиційні процесори містять мільярди транзисторів, які швидко вмикаються та вимикаються для обробки даних та виконання інструкцій.

Виробники протягом десятиліть працюють над зменшенням розмірів транзисторів для підвищення продуктивності та зниження енергоспоживання. Однак зменшення розмірів транзисторів також негативно впливає на їхню продуктивність, оскільки вони пропускають електрони навіть у вимкненому стані. На думку дослідників, теоретична межа енергоефективності традиційних транзисторів може бути досягнута до 2037 року.

У зв’язку з цим дослідники створили M3BOLT, використовуючи сегнетоелектричний сигнал —ніобату-магнію та титанату свинцю (PMN-PT), а також тонкий шар магнітного сплаву заліза й галію. Кристал змінює власну електричну орієнтацію під впливом електричного поля. 

 Зміна електричної орієнтації впливає на магнітні властивості шару заліза-галію й призводить до утворення хвиль, відомих як магнони. Вони здатні поширюватись через матеріали з дуже малим опором й зменшувати теплові енергетичні втрати. 

Оскільки магнітні хвилі можуть досягати терагерцових частот, це дозволить комп’ютерам обробляти інформацію у сотні разів швидше за сучасні гігагерцові процесори. Окрім цього створений чип також може зберігати та обробляти інформацію. Для цього дослідникам необхідно змінити магнітну орієнтацію шару заліза й галію аби перемикатись між магнітними та немагнітними звуковими хвилями. Ці два стани могли б працювати як 1 та 0 замість двох рівнів напруги у сучасних транзисторах. 

При цьому магнітна орієнтація залишається незмінною навіть за відключення живлення. Це означає, що один й той самий матеріал може потенційно обробляти інформацію та зберігати дані без постійного джерела живлення.

Конструкція дозволяє заощадити енергоспоживання внаслідок скорочення обсягів передачі даних. За словами керівника проєкту Джона Херона, автономні або портативні пристрої зможуть використовувати значно потужніші системи без необхідності у габаритних джерелах живлення.

Наразі дослідники з Університету Вісконсину планують використовувати комп’ютерне моделювання для вивчення продуктивності чипа та виявлення потенційних дефектів матеріалів. Водночас науковці з Мічиганського Університету продовжать займатись розробкою матеріалів, пристроїв та схем, необхідних для інтеграції технології у користувацькі ПК.

Поки дослідники зосереджені на потребах малопотужних пристроїв та застосунків. Однак вони прогнозують, що у майбутньому на основі цієї технології можна буде створювати суперкомп’ютери без необхідності у великих джерелах живлення.

Джерело: University of Michigan Engineering; Interesting Engineering