Новая технология позволит в 100 раз уменьшить энергопотребление процессоров

Технологию, которая позволит уменьшить энергопотребление процессоров в 100 раз, разработали специалисты из Университета Содружества Виргинии. Транзисторы, которые применяются сегодня в создании компьютерных систем, они предлагают заменить на наномагниты, которым для переключения состояния требуется крайне мало энергии, сообщает журнал Nano Letters.

Суть технологии

Каждый транзистор в процессоре может находиться в одном из состояний: 0 или 1, то есть он несет один бит информации. Наномагниты также переключаются между двумя состояниями.

Один из способов переключения состояния наномагнитов – изменение ориентации магнитного поля. Однако в этом случае энергозатраты в 1000 раз выше, чем при смене состояния традиционного транзистора.

Джайшимха Атуласимха придумал другой способ – механический стресс, который вызывается действием слабого электрического поля. Это требует в 100 раз меньше энергии, чем для переключения транзистора.

Вот так выглядит процессор под микроскопом

Эксперимент

Атуласимха совместно с коллегами собрали устройство, которое использует несколько наномагнитов для решения простой задачи обработки информации. Они поместили кобальтовые диски диаметром около 200 нм на слой пьезоэлектрического материала PMN-PT толщиной 0,5 см.

Действие слабого электрического поля заставляет слой пьезоэлектрического материала расширяться или сжиматься. Это растягивает или сжимает наномагнит, незначительно изменяя его форму, и меняет ориентацию магнитного поля. Выключение электрического поля возвращает систему в исходное состояние.

В эксперименте использовалась цепь из трех наномагнитов для выполнения логической операции отрицания, одного из ключевых элементов любой вычислительной системы. Ученые подчеркивают, что потребуется разработать ещё несколько устройств для выполнения логических операций, чтобы сформировать полную систему, которая способна решить любую вычислительную задачу, но первый и самый важный шаг уже сделан.

Для выполнения одной операции устройство использует около 450 аттоджоулей (аттоджоуль - джоуль, умноженный на 10 в -18 степени). Ученые подчеркивают, что с уменьшением физического размера наномагнитов на это будет требоваться всего 1 аттоджоуль энергии.

Будущее

Главный недостаток технологии – использовать её целесообразно только для обработки, а не для хранения информации, так что наномагниты в будущем могут использоваться только в процессорах, а не в создании накопителей. Кроме того, ученые работают над сокращением толщины слоя пьезоэлектрика, чтобы для его деформации требовалось ещё меньше энергии.