Как увеличить энергоэффективность компьютеров в миллион раз

Современные компьютеры требуют всё больше транзисторов, но по мере приближения размеров последних к атомарному уровню теплоотвод от них становится неразрешимой проблемой, препятствующей дальнейшей миниатюризации и высоким тактовым частотам. Комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник (КМОП) исчерпала себя, но что придёт ей на смену?

Современные серверные энергопотребляют на уровне каких-нибудь лесопилок. (Фото Scanrail / Fotolia.)

Исследователи из Северо-Западного университета (США) считают, что нашли выход из ситуации. Они предлагают строить микросхемы на принципах магнитных полупроводников. Хотя детали «новой электроники» пока не освещаются, кое-какие подробности попали в прессу.

Свой подход сами разработчики называют «спиновыми логическими микросхемами», а использует он квантовую физику. «То, что мы сделали, является устройством, которое может быть собрано в логическую схему, способную выполнять всю необходимую булеву логику, и расположено каскадом, чтобы работать в качестве продвинутых функциональных единиц, — поясняет Брюс В. Весселс, профессор материаловедения из Северо-Западного университета и один из авторов работы. — Мы используем спинтронные логические устройства для выполнения тех же задач, что и обычные микросхемы, произведённые по КМОП-технологии. При этом наши устройства [заменяющие обычные транзисторы] могут быть менее многочисленными и иметь бóльшую вычислительную мощность».

Основной элемент нового типа электроники — магниторезистивные биполярные спин-транзисторы — недавно запатентован исследователями. Работа, описывающая достигнутые результаты, была представлена 5 июля в Нидерландах на симпозиуме по наномасштабным архитектурам (NANOARCH ’12).

Несмотря на то что пока был создан лишь базисный элемент новой логики (спин-транзистор) и на реализацию всех возможностей архитектуры уйдут годы, авторы оптимистично утверждают, что отсутствие мощных потоков электронов, которые просто не нужны в магниторезистивной логике, неизбежно приведёт к колоссальному росту эффективности вычислительных процессов и позволит масштабировать транзисторы до субатомного уровня при миллионократном снижении потребляемой мощности для микросхем, сравнимых по вычислительным возможностям с существующими.

Подготовлено по материалам Phys.Org.