Flyt dig, silicium switches:Der er en ny måde at beregne på

Logik og hukommelsesenheder, såsom harddiske i computere, bruger nu nanomagnetiske mekanismer til at lagre og manipulere information. I modsætning til siliciumtransistorer, som har grundlæggende effektivitetsbegrænsninger, de kræver ingen energi for at opretholde deres magnetiske tilstand:Energi er kun nødvendig for at læse og skrive information.

En metode til at kontrollere magnetisme bruger elektrisk strøm, der transporterer spin til at skrive information, men dette involverer normalt flydende ladning. Fordi dette genererer varme- og energitab, omkostningerne kan være enorme, især i tilfælde af store serverfarme eller i applikationer som kunstig intelligens, som kræver enorme mængder hukommelse. Spin, imidlertid, kan transporteres uden ladning ved brug af en topologisk isolator - et materiale, hvis indre er isolerende, men som kan understøtte strømmen af ​​elektroner på overfladen.

I en nyudgivet Fysisk gennemgang anvendt papir, forskere fra New York University introducerer en spændingsstyret topologisk spin switch (vTOPSS), der kun kræver elektriske felter, snarere end strømninger, at skifte mellem to booleske logiske tilstande, kraftigt reducere den genererede varme og energiforbrug. Holdet består af Shaloo Rakheja, en assisterende professor i elektro- og computerteknik ved NYU Tandon School of Engineering, og Andrew D. Kent, en NYU professor i fysik og direktør for universitetets Center for Quantum Phenomena, sammen med Michael E. Flatté, en professor ved University of Iowa.

Rakheja anvender en simpel analogi til at forklare virkningen af ​​at skifte mellem to stater mere effektivt. "Forestil dig, hvis du var ved at forberede en opskrift og skulle gå ind i et andet rum, når som helst du havde brug for en ingrediens, før du vendte tilbage til køkkenet for at tilføje den, " siger hun. "Det er lige så ineffektivt, når de dele af computerhardware, der skal til for at lave en beregning, og de dele, der er nødvendige for at gemme det, ikke er godt integreret."

Mens heterostrukturenheder som deres, sammensat af en magnetisk isolator og topologisk isolator, er stadig lidt langsommere end siliciumtransistorer, vTOPSS øger funktionalitet og kredsløbsdesignmuligheder, da den har integreret logik og ikke-flygtig hukommelse. "Dette er i sidste ende et spørgsmål om brugeroplevelse og tilføjede funktioner, " siger Rakheja.

Fordi vTOPPS vil reducere afhængigheden af ​​cloud-hukommelse, det rummer også potentialet til at gøre computeren mere sikker, da hackere vil have sværere ved at få adgang til et systems hardware. Næste trin vil omfatte yderligere optimering på materiale- og designniveau for at forbedre omskiftningshastigheden, samt udvikling af prototyper.