Mod at opnå en million gange stigning i computereffektivitet

Moderne computere er baseret på logiske kredsløb, der bruger halvledertransistorer. For at øge computerkraften, mindre transistorer er påkrævet. Moores lov siger, at antallet af transistorer, der kan passe på et integreret kredsløb, skal fordobles hvert andet år på grund af skalering. Men når transistorer når atomare dimensioner, at opnå denne bedrift bliver stadig sværere. Blandt de væsentligste udfordringer er varmeafledning fra kredsløb skabt ved hjælp af nutidens standard halvlederteknologi, komplementær metaloxid-halvleder (CMOS), som afgiver mere varme, efterhånden som der kommer flere transistorer til. Dette gør CMOS ude af stand til at understøtte fremtidens computere.

Ingeniører søger derfor alternativer til CMOS, der vil give mulighed for yderst effektive computerlogiske kredsløb, der genererer meget mindre varme. Forskere fra Northwestern University kan have fundet en løsning:en helt ny logisk kredsløbsfamilie baseret på magnetiske halvlederenheder. Fremskridtet kan føre til logiske kredsløb op til 1 million gange mere strømeffektive end nutidens.

I modsætning til traditionelle integrerede kredsløb, som består af en samling miniaturetransistorer, der opererer på et enkelt stykke halvleder, de såkaldte "spin logiske kredsløb" udnytter kvantefysikkens fænomen spin, en fundamental egenskab ved elektronen.

"Det, vi har udviklet, er en enhed, der kan konfigureres i et logisk kredsløb, der er i stand til at udføre al den nødvendige boolske logik og kan kaskades for at udvikle sofistikerede funktionsenheder, " sagde Bruce W. Wessels, Walter P. Murphy professor i materialevidenskab og teknik ved Northwestern's McCormick School of Engineering and Applied Science og en af ​​artiklens forfattere. "Vi bruger 'spintroniske' logiske enheder til succesfuldt at udføre de samme operationer som et konventionelt CMOS-kredsløb, men med færre enheder og mere computerkraft."

Spin-logiske kredsløb er skabt med magnetoresistive bipolære spin-transistorer, for nylig patenteret af forskerne.

Et papir, der beskriver resultaterne, "Emitter-koblet spin-transistor logik, " blev præsenteret den 5. juli på det internationale symposium om arkitektur i nanoskala, der blev afholdt i Holland. Yderligere forfattere fra det nordvestlige område omfatter kandidatstuderende Joseph Friedman, avisens hovedforfatter; Gokhan Memik, lektor i elektroteknik og datalogi; og Alan Sahakian, professor i elektroteknik og datalogi.

Den nye logiske familie, som udnytter de magnetiske egenskaber forbundet med elektronspin, kan resultere i en computer, der er 1 million gange mere strømeffektiv end dem på markedet i dag. Selvom denne præstation er optimistisk og kan tage et årti at realisere, "Vi mener, at dette er potentielt banebrydende, " sagde Friedman.