Содержание
Университет Токио показал лабораторный элемент памяти и логики, который обрабатывает один бит за 40 пикосекунд и делает это примерно в 1000 раз быстрее привычных подходов — при этом без роста тепловыделения.
Разработка называется non-volatile quantum switching element. Ключевая идея простая: хранить и переключать «0» и «1» не током, а магнитным состоянием электронов. Тогда не нужен постоянный поток электричества, который и превращается в тепло.
Как устроен элемент: тантал переводит сигнал в магнетизм
В экспериментах команда собрала структуру из двух материалов: тантала и мангансина (manganin). Электрический сигнал проходит через слой тантала, а дальше система записывает его в мангансине как направление крошечной магнитной силы.
Это направление и кодирует один бит. Смысл в том, что бит фиксируется как магнитное состояние, а не как «держим ток и ждём». Поэтому элемент остаётся энергоэффективным и не упирается в перегрев так быстро, как обычные схемы на высоких частотах.
Цифры из лаборатории: 40 пс на бит и 100 млрд циклов без сбоев
В контролируемых лабораторных тестах элемент обработал один бит за 40 пс. Для сравнения, в исходных данных указано, что существующие технологии тратят около 1 наносекунды на запись одного бита, и на таких скоростях проблема перегрева становится критичной.
Ещё один показатель надёжности: прототип отработал стабильно после более чем 100 млрд операций. В тех же вводных есть сравнение: обычные чипы при похожих скоростях перегрелись бы примерно через 10 млн циклов.
Если масштабирование сработает, энергопотребление может упасть в 100 раз
Команда также заявляет, что по мере уменьшения физических размеров элементов их характеристики улучшаются. Если технологию доведут до практического применения, энергозатраты на обработку информации могут снизиться до 1/100 от текущих уровней.
В качестве иллюстрации исследователи приводят два понятных примера. Крупный дата-центр масштаба Google, который сейчас потребляет электричество на уровне 80 000 домов, теоретически мог бы работать на уровне 800 домов. А условный MacBook Pro, который нужно заряжать ежедневно, в таком сценарии мог бы прожить три месяца на одном заряде.
Главный «но»: физика доказана, а серийный чип — это годы инженерии
Мы тут упираемся в привычную развилку: лабораторная демонстрация и массовое производство — разные виды спорта. Исследователи показали, что принцип работает, но перенос в технологический процесс потребует отдельной большой инженерной программы.
В исходных данных фигурирует и ещё одна «теоретическая» оценка: задачи, на которые сейчас уходит час, в пределе могли бы обрабатываться за секунду. Но между этим и продуктом в магазине — годы разработки, тестов и интеграции в реальные чипы.
По плану команды, прототип чипа с этой технологией намечен на 2030 год, а коммерческие устройства ожидаются уже после этого срока.
По материалам Nikkei.
