Hunter
Mágnesek válthatják le a tranzisztorokat
Tudósok az adattároláson túl a számítógépek teljes agyát mágnesessé szeretnék tenni, ami egy napon nagyobb teljesítményű, tranzisztorok nélküli mikrochipeket eredményezne, és feledésbe merülne az újraindításkori várakozás is.
A hagyományos mikrochipek gondolkodásukat logikai kapukon, azaz tranzisztorok során áthaladó elektronokkal végzik. A tranzisztorok kapcsolókként funkcionálnak az információt ábrázoló bináris számok, az egy és a nulla között. A számítógéptervezők egyre nagyobb teljesítményt próbálnak kisajtolni a mikrochipekből a tranzisztorok összébb zsúfolásával, azonban egyre közelebb kerülnek ahhoz a határhoz, ahol a keletkező hőt már nem lehet elég gyorsan elvezetni. Ezen felül az elektromos töltéstől függő tranzisztorok kikapcsoláskor elvesztik adataikat.
Mi a megoldás? Helytakarékos, hűtést nem igénylő, mágneses logikai kapuk - véli a tanulmányait az Egyesült Államokban végző Imre Alexandra, aki munkatársaival az Illinois állambeli Notre Dame Egyetemen parányi, egyenként 70-100 nanométer hosszú nikkel-vas mágnesekből alkotott meg egy ilyen tranzisztort. A kapott mágneses mező két irányba mutathat, így képviselve az egyet és a nullát, azaz a biteket. A logikai kapu mágnese polaritásának váltogatásával tárolja az információt, és a kikapcsolás után sem tűnnek el belőle az adatok. Mivel a nanomágnesek hatással vannak szomszédaik állapotára, ezért az egyik oldalon bevitt input jelek megjósolható eredményt gerjeszthetnek a másik oldalon.
Imre Alexandra egy litográfiai készülék használata közben
Jelenleg a Wolfgang Porod professzor vezette csapat csupán egymástól elszigetelt logikai kapukat készített az alapelv bizonyítására, azonban ha összekötik őket, akkor sokkal komplexebb számítási eszközöket építhetnek. Az így nyerhető számítógépek fokozhatják olyan eszközök biztonságát, mint a hitelkártyák mágnescsíkjai. Ha a csíkok a jelszavak hordozása mellett képessé válnak számítások elvégzésére is, az máris megnehezíti a kártya másolását.
Bár Imre Alexandra találmánya nem az első mágneses logikai kapu, mindenképpen a legsokoldalúbb, mivel van egy kapcsolója, ami képes teljesen megváltoztatni a kapu funkcióját, ezáltal lehetővé teszi ugyanazon a chipen teljesen eltérő számítások elvégzését. A váltást pár nanoszekundumon belül képes végrehajtani, így egy chip számos különböző alkalmazást szolgálhat ki, avagy létrehozhat egy olyan mágneses logikai eszközt, ami az adott pillanatban szükséges legjobb számítási formát veszi elő, csökkentve mind a költségeket, mind az időt.
Elektromos megfelelője, az úgynevezett MAJORITY kapu széles körben alkalmazott. Az ilyen kapuk képesek NAND vagy NOR kapuként viselkedni (az AND és OR funkciók ellentétei), attól függően hogyan vannak beállítva. Ezekből a kapukból pedig már bármilyen más logikai rendszer felépíthető.
Imre Alexandra a logikai eszközök tanulmányozásához szükséges mágneses erőmikroszkóppal (MFM)
A tudósok számításai szerint a mágneses kapuk tranzisztoros társaik energiaszükségletének megközelítőleg századrészével is beérik, így lecsökken az áramkör zavaró melegedése, ezáltal növelhető a számítási teljesítmény. A szimulációk szerint az eszköz működési sebessége jelenleg nagyjából 100 MHz, a jövőben azonban könnyedén elérhetik a gigahertzes tartományokat is, ami már versenyképesnek mondható a modern processzorok mellett is. A Notre Dame kutatói pillanatnyilag kapuik egyesítésén és a hagyományos elektronikai eszközökhöz való illeszthetőségen dolgoznak.
A mágneses számítógépek sikerét azonban elég nehéz megjósolni. A szilícium chipek gyártása már annyira kiforrottá és olcsóvá vált, hogy bármi új, nem ugyanazon az eljáráson alapuló módszer igen komoly előnyöket kell, hogy felvonultasson a költséghatékonysággal szemben. Emellett - mint azt a kutatók is elmondták - egyáltalán nem könnyű alakban és méretben egységes nanomágneseket előállítani. Mindenesetre a mágneses chipeknek már most sikerült némi teret hódítaniuk. Az Intel állítólag érdeklődését fejezte ki a technika egyes elemeinek integrálása iránt következő generációs chipjeibe, valamint a kutatók kapcsolatban vannak az IBM-mel és a Motorolával is.
A hagyományos mikrochipek gondolkodásukat logikai kapukon, azaz tranzisztorok során áthaladó elektronokkal végzik. A tranzisztorok kapcsolókként funkcionálnak az információt ábrázoló bináris számok, az egy és a nulla között. A számítógéptervezők egyre nagyobb teljesítményt próbálnak kisajtolni a mikrochipekből a tranzisztorok összébb zsúfolásával, azonban egyre közelebb kerülnek ahhoz a határhoz, ahol a keletkező hőt már nem lehet elég gyorsan elvezetni. Ezen felül az elektromos töltéstől függő tranzisztorok kikapcsoláskor elvesztik adataikat.
Mi a megoldás? Helytakarékos, hűtést nem igénylő, mágneses logikai kapuk - véli a tanulmányait az Egyesült Államokban végző Imre Alexandra, aki munkatársaival az Illinois állambeli Notre Dame Egyetemen parányi, egyenként 70-100 nanométer hosszú nikkel-vas mágnesekből alkotott meg egy ilyen tranzisztort. A kapott mágneses mező két irányba mutathat, így képviselve az egyet és a nullát, azaz a biteket. A logikai kapu mágnese polaritásának váltogatásával tárolja az információt, és a kikapcsolás után sem tűnnek el belőle az adatok. Mivel a nanomágnesek hatással vannak szomszédaik állapotára, ezért az egyik oldalon bevitt input jelek megjósolható eredményt gerjeszthetnek a másik oldalon.
Imre Alexandra egy litográfiai készülék használata közben
Jelenleg a Wolfgang Porod professzor vezette csapat csupán egymástól elszigetelt logikai kapukat készített az alapelv bizonyítására, azonban ha összekötik őket, akkor sokkal komplexebb számítási eszközöket építhetnek. Az így nyerhető számítógépek fokozhatják olyan eszközök biztonságát, mint a hitelkártyák mágnescsíkjai. Ha a csíkok a jelszavak hordozása mellett képessé válnak számítások elvégzésére is, az máris megnehezíti a kártya másolását.
Bár Imre Alexandra találmánya nem az első mágneses logikai kapu, mindenképpen a legsokoldalúbb, mivel van egy kapcsolója, ami képes teljesen megváltoztatni a kapu funkcióját, ezáltal lehetővé teszi ugyanazon a chipen teljesen eltérő számítások elvégzését. A váltást pár nanoszekundumon belül képes végrehajtani, így egy chip számos különböző alkalmazást szolgálhat ki, avagy létrehozhat egy olyan mágneses logikai eszközt, ami az adott pillanatban szükséges legjobb számítási formát veszi elő, csökkentve mind a költségeket, mind az időt.
Elektromos megfelelője, az úgynevezett MAJORITY kapu széles körben alkalmazott. Az ilyen kapuk képesek NAND vagy NOR kapuként viselkedni (az AND és OR funkciók ellentétei), attól függően hogyan vannak beállítva. Ezekből a kapukból pedig már bármilyen más logikai rendszer felépíthető.
Imre Alexandra a logikai eszközök tanulmányozásához szükséges mágneses erőmikroszkóppal (MFM)
A tudósok számításai szerint a mágneses kapuk tranzisztoros társaik energiaszükségletének megközelítőleg századrészével is beérik, így lecsökken az áramkör zavaró melegedése, ezáltal növelhető a számítási teljesítmény. A szimulációk szerint az eszköz működési sebessége jelenleg nagyjából 100 MHz, a jövőben azonban könnyedén elérhetik a gigahertzes tartományokat is, ami már versenyképesnek mondható a modern processzorok mellett is. A Notre Dame kutatói pillanatnyilag kapuik egyesítésén és a hagyományos elektronikai eszközökhöz való illeszthetőségen dolgoznak.
A mágneses számítógépek sikerét azonban elég nehéz megjósolni. A szilícium chipek gyártása már annyira kiforrottá és olcsóvá vált, hogy bármi új, nem ugyanazon az eljáráson alapuló módszer igen komoly előnyöket kell, hogy felvonultasson a költséghatékonysággal szemben. Emellett - mint azt a kutatók is elmondták - egyáltalán nem könnyű alakban és méretben egységes nanomágneseket előállítani. Mindenesetre a mágneses chipeknek már most sikerült némi teret hódítaniuk. Az Intel állítólag érdeklődését fejezte ki a technika egyes elemeinek integrálása iránt következő generációs chipjeibe, valamint a kutatók kapcsolatban vannak az IBM-mel és a Motorolával is.
