Cercetătorii au dezvoltat o tehnică care ar putea permite miniaturizarea extremă a componentelor de calcul, deschizând calea pentru dispozitive compacte și de înaltă performanță.
Cu cât tranzistoarele și porțile logice sunt mai mici într-un procesor, cu atât mai multă putere de calcul poate fi împachetată într-o zonă mai mică. Dar constrângerile fizice ale siliciului înseamnă că atingem limitele cât de mici pot fi aceste componente.
Cu toate acestea, o nouă tehnică, care implică comutarea ultrarapidă între stările de spin în magneții 2D – pentru a reprezenta comutarea între stările binare de 1 și 0 – poate duce la componente mult mai dense și mai eficiente din punct de vedere energetic.
Această tehnică este activată de un nou tip de joncțiune de tunel magnetic (MTJ) – o structură materială care acționează ca un dispozitiv de stocare a datelor într-un sistem de calcul. Oamenii de știință au introdus triiodură de crom (un magnet izolator 2D) între straturi de grafen și au trimis un curent electric prin ea pentru a dicta orientarea magnetului în straturile individuale de triiodură de crom.
Valorificarea acestor MTJ-uri ar putea însemna să împachetați mai multă putere de calcul într-un cip decât s-a considerat posibil anterior – consumând în același timp mult mai puțină energie în timpul procesului de comutare. Cercetătorii și-au publicat concluziile într-un nou studiu publicat la 1 mai în jurnal Comunicarea naturii.
În lucrare, oamenii de știință au demonstrat că magneții 2D pot fi polarizați pentru a reprezenta stări binare – 1 și 0 ale datelor de calcul – deschizând calea pentru calcularea extrem de eficientă din punct de vedere energetic.
Valorificarea spintronicei pentru calculare mai rapidă
Controlul precis al fazei magnetice a materialelor 2D este un pas crucial în spintronica (controlul spinului unui electron și al momentului magnetic asociat). Prin controlul precis al curentului, noua tehnică poate schimba stările de spin în triiodură de crom folosind polaritatea și amplitudinea curentului. Acest lucru este posibil deoarece compusul este feromagnetic (este magnetic și poate atrage magneți într-un mod similar cu fierul). Acest compus este, de asemenea, un semiconductor – un material care are o conductivitate care se încadrează între un metal și un izolator.
O componentă cheie pentru spintronica este MTJ – două straturi feromagnetice separate de o barieră izolatoare. Controlul stării de rotație a unui MTJ este o tehnică care este deja utilizată în diferite componente ale computerului, cum ar fi capetele de citire ale hard disk-urilor. Dar controlarea precisă a grosimii straturilor sale constitutive și a calității interfețelor lor între ele s-a dovedit o provocare.
Înrudit: Dispozitivul de memorie „idee nebună” ar putea reduce consumul de energie AI de până la 2.500 de ori
Materialele trebuie să reziste la densitățile mari de curent de cel puțin 10 milioane de amperi printr-o zonă de aproximativ dimensiunea unghiei — dar, de asemenea, să îndeplinească cerințele de miniaturizare a dispozitivului și eficiență energetică. În scopuri de comparație, un fulger tipic este de 1.000 până la 300.000 de amperi.
„Această lucrare este despre faptul că puteți avea două stări posibile ale curentului de tunel: spin-paralel și anti-paralel.” Adelina Ilieun cititor de fizică la Universitatea din Bath din Marea Britanie, specializat în magneți 2D, a declarat pentru LiveScience. „Dacă există două stări definite, acestea pot fi folosite ca porți logice într-un computer.”
Eficiență energetică mult mai mare pentru viitoarele sisteme AI
Oamenii de știință au creat magneții 2D van der Waals (triiodură de crom), apoi au stratificat fulgi subțiri atomic de grafen, nitrură de bor hexagonală și triiodură de crom unul peste altul pentru a forma dispozitive de joncțiune în tunel – pe care le-au răcit. aproape de zero absolut. Ei au trecut simultan un curent electric prin material și l-au măsurat folosind un sursămetru în rafale de 16 milisecunde.
Ei au observat că tensiunea a suferit o comutare aleatorie între niveluri, corespunzătoare stărilor de spin-paralel și spin-antiparalel din triiodură de crom, cu direcția de comutare determinată de polaritatea și amplitudinea curentului. Durata fiecărei stări magnetice a fost de obicei de 10 milisecunde, în timp ce timpul de comutare între cele două stări a fost de ordinul microsecundelor (o microsecundă este o milioneme dintr-o secundă).
„Aceste stări nu sunt tocmai stabile”, a explicat Ilie. „Ceea ce se întâmplă de fapt este că curentul trece dintr-o stare în alta, înainte și înapoi stocastic, dar timpul mediu rămâne mai mult într-o stare sau alta, în funcție de tensiune. Acest lucru ne oferă două stări pe care le putem selecta determinist. “
Cele două stări, care pot fi folosite ca porți logice, permit funcționarea la o scară mult mai mică decât era posibilă anterior. Folosind această tehnologie, producătorii ar putea crea cipuri de computer cu o putere de procesare mai mare. Dar nevoia de temperaturi de funcționare aproape de zero absolut înseamnă că implementarea dispozitivelor futuriste ar fi, practic, o provocare.
„Ceea ce face ca acest tip de lucru să fie diferit este că se pare că energia necesară pentru a trece de la o stare la alta este cu o magnitudine mai mică decât în joncțiunile convenționale de tunel magnetic”, a conchis Ilie. „Cu noile tehnologii precum IA generativă, care măresc enorm consumul de energie, nu va fi posibil să țineți pasul, așa că aveți nevoie de dispozitive eficiente din punct de vedere energetic”.