Японські вчені створили чип майбутнього – він у 1000 разів швидший і майже не гріється

Команда дослідників з Токійського університету повідомила про створення нового пристрою для обробки інформації – так званого "енергонезалежного квантового перемикального елемента". За словами науковців, ця технологія здатна збільшити швидкість роботи комп'ютерних чипів у 1000 разів без додаткового нагрівання. Про це пише Techradar.

Дивіться також Нова квантова технологія дозволить відмовитися від ключової деталі електроніки 

Як новий квантовий елемент може змінити майбутнє комп'ютерів?

Головна особливість розробки полягає в тому, що вона працює не через традиційний рух електричного струму, а використовує магнітні властивості електронів для зберігання інформації. Це може стати відповіддю на одну з головних проблем сучасної електроніки – перегрівання процесорів при підвищенні швидкості обчислень.

Кондиціонери NORDIS стабільно працюють у будь-яку пору року – від літньої спеки до зимових морозів. А завдяки стриманій палітрі та ретельно продуманим деталям обладнання органічно вписується в будь-який інтер’єр. 

У традиційних напівпровідниках кожен біт інформації записується завдяки проходженню електричного струму через транзистори. Проблема полягає в тому, що чим швидше працює система, тим більше тепла вона виробляє.

Саме нагрівання стало одним із ключових бар'єрів розвитку мікроелектроніки. Навіть найсучасніші процесори змушені працювати в межах теплових обмежень, а виробники витрачають величезні ресурси на системи охолодження.

Зараз для запису одного біта даних потрібно приблизно одна наносекунда. Спроби пришвидшити цей процес призводять до критичного перегріву. Нова розробка Токійського університету демонструє інший підхід.

Як працює новий елемент?

Основою пристрою стали два матеріали – тантал і манганін. Коли через шар танталу проходить електричний сигнал, він створює магнітний ефект, який змінює напрямок мікроскопічної магнітної сили в шарі манганіну. Саме цей напрямок і зберігає інформацію як окремий біт.

Такий підхід дозволяє записувати дані без постійного проходження струму, що суттєво зменшує тепловиділення.

Як повідомляє Nikkei, під час лабораторних випробувань система змогла обробити один біт інформації лише за 40 пікосекунд. Це приблизно у 1000 разів швидше за сучасні технології. Для розуміння масштабу: одна пікосекунда – це одна трильйонна частка секунди.

Одним із ключових показників стала стабільність роботи. Під час тестування квантовий перемикальний елемент безвідмовно відпрацював понад 100 мільярдів циклів запису інформації.

Для порівняння, звичайні чипи при подібному рівні навантаження перегрілися б уже після приблизно 10 мільйонів циклів.

Дослідники також виявили ще одну важливу властивість: продуктивність системи зростає зі зменшенням фізичних розмірів компонентів.

Це означає, що подальша мініатюризація може не погіршити характеристики, як це часто трапляється у класичних технологіях, а навпаки – зробити систему ще ефективнішою.

Що це означає для ноутбуків і дата-центрів?

Потенційний ефект від комерційного впровадження може бути колосальним. За оцінками команди, енергоспоживання інформаційної обробки може скоротитися до однієї сотої від сучасного рівня.

Практичні наслідки звучать майже фантастично. Наприклад, великий дата-центр рівня тих, які використовує Google, сьогодні споживає стільки електроенергії, скільки потрібно приблизно 80 000 домогосподарствам. Із новою технологією цей показник потенційно можна знизити до рівня близько 800 домогосподарств.

Для споживчих пристроїв сценарій не менш вражаючий. MacBook Pro, який зараз потрібно заряджати щодня, теоретично міг би працювати до трьох місяців на одному заряді. Також це може дати поштовх до створення принципово нових систем штучного інтелекту, мобільних пристроїв і серверів.

Чому чекати доведеться ще роки?

Попри обнадійливі результати, технологія перебуває лише на ранньому лабораторному етапі. Науковці довели працездатність фізичного принципу, але це лише перший крок.

Наступний етап – створення прототипу повноцінного чипа, який можна інтегрувати у виробничі процеси. За поточними планами, перший робочий прототип може з'явитися не раніше 2030 року. Після цього знадобляться роки на масштабування виробництва, сертифікацію, залучення інвестицій та адаптацію фабрик.

Історія технологій знає чимало випадків, коли перспективні лабораторні відкриття так і не доходили до масового ринку через складність виробництва або високу собівартість.

Проте якщо інженерам вдасться подолати ці бар'єри, розробка Токійського університету може стати одним із найбільших проривів у мікроелектроніці за останні десятиліття.