В области разработки мобильных вычислительных устройств инженеры ведут постоянный поиск баланса между производительностью и эффективностью. В настоящее время возможности совершения новых прорывов в улучшении этих параметров ограничены современным технологическим процессом, размером и плотностью размещения кремниевых транзисторов. Будь то графеновые компьютеры или квантовые, для качественного скачка требуются фундаментальные инновации.
Исследование специалистов из Калифорнийского Университета в Беркли даёт новую надежду на такие инновации, которые придут на смену кремнию и принесут с собой в 10 тысяч раз более низкое энергопотребление. Они разработали систему, в которой вместо транзисторов применяются магнитные переключатели, не требующие постоянного наличия электрического тока. Идея использования магнитных переключателей обсуждалась с начала 90-х годов, но до реализации дело не доходило. В качестве препятствия выступала потребность в создании сильного магнитного поля, чтобы ориентировать магниты в пространстве для упрощения процесса их переключения. В результате вся та энергия, которая экономится при замене кремниевых транзисторов на переключатели, расходуется на их ориентацию.
Необработанный тантал
Новый подход состоит в использовании танталовых проводников. Тантал является редким элементом, который применяется для создания конденсаторов в целом перечне продуктов, от приводов Blu-Ray до мобильных телефонов. Это лёгкое вещество с хорошей проводимостью, однако, одно его свойство делает тантал исключительно полезным при работе с магнитными материалами: когда по танталовому проводнику проходит электрический ток, все электроны, вращающиеся по часовой стрелке, переходят на одну сторону проводника, против часовой стрелки– на другую сторону. Движение электронов приводит к поляризации системы, на создание которой ранее и требовалась большая энергия.
Такое открытие позволит множеству исследователей опробовать свои подходы к созданию вычислительных устройств на магнитной основе. Их общим преимуществом будет отсутствие необходимости в электрическом токе для поддержания своего состояния. В качестве аналогии можно привести электронные чернила, где расход энергии происходит только при смене изображения. Тантал является хорошо известным материалом, что упростит его внедрение в производственные процессы при создании чипов.
Чипы эти станут легко программируемыми. Если сейчас каждая конкретная задача требует определённого расположения транзисторов в кремниевых чипах, то магнитные переключатели могут переориентироваться при помощи программного обеспечения. Например, декодирование видео и его отображение графическим движком в реальном времени задействуют разные конфигурации кремниевых транзисторов. В магнитных чипах – теоретически – можно будет использоваться одни и те же переключатели, меняя их местоположение программными командами.
Остаётся удостовериться, что нет никаких преград на пути промышленного производства таких решений и что их стоимость будет в пределах разумного. Наверняка до появления подобных технологий в коммерческих устройствах пройдёт ещё немало лет.