Přinese magnetoelektronika revoluci ve výrobě procesorů?

3. 8. 2008

S blížícím se dosažením fyzikálních limitů křemíků při výrobě mikročipů hledají vědci materiály, které jej budou moci nahradit. Jednou ze slibných budoucích alternativ může být třeba i magnetoelektronika.

Následující text vám přinášíme ve spolupráci s webem IT News:

EÚ financovala projekt nazvaný MAGLOG, ktorý demonštroval možnosť výroby procesora z feromagnetických materiálov. Takýto procesor by bol rýchlejší, menší a energeticky efektívnejší ako súčasné mikročipy.

Jav giant magnetoresistance (GMR) už využívame v súčasných pevných diskoch. GMR umožňuje veľmi citlivo merať prítomnosť a silu aj slabého magnetického poľa vďaka výraznej zmene elektrického odporu špeciálne skonštruovaného senzora. GMR tak otvoril dvere do novej vedeckej disciplíny – magnetoelekroniky (spintroniky). Práve MAGLOG spojil hlavné osobnosti tohto odboru, aby dokázal, že magnetoelektronika má využitie nielen v prípade úložiska dát, ale aj pri výpočtoch.

Magnetoelektronika využíva fakt, že elektróny v prítomnosti magnetického poľa majú spin, môžu smerovať buď doľava, alebo doprava. Tento údaj môžeme reprezentovať binárnou hodnotou 0 alebo 1. Vstupné signály na každom magnetickom logickom hradle zmenia magnetizáciu fyzických zariadení. Magnetické pole následne ovplyvní elektrický odpor štruktúr, ktorý pri odmeraní môžeme reprezentovať ako 1 alebo 0.

Výroba takýchto mikročipov
Jedna metóda výroby používa litografiu na vyvzorkovanie feromagnetického materiálu a vytvorenie „zón“, kde sa môže meniť magnetická orientácia materiálu. Prepínanie medzi dvoma stavmi závisí od vstupných signálov a následných logických operácií. Takto vyrobené mikročipy neobsahujú kremík a nevyžadujú viacvrstvové spracovanie, vďaka čomu sú výrobné náklady výrazne nižšie ako pri konvenčných mikročipoch.

Ďalšia úspešná metóda výroby využíva na vytvorenie logického hradla štruktúru volanú magneticky tunelovaný uzol. Každý uzol pozostáva z feromagnetickej vrstvy a izolátora. Tento typ hradla je programovateľný, umožňuje zmeniť operátor v logickom hradle, napríklad prepnutie z logickej konjunkcie na disjunkciu. Táto metóda by mohla byť využitá pri náročných výpočtových aplikáciách, ktoré súčasne vyžadujú úsporu energie, napríklad v mobilných telefónoch.

Ďalšia výhoda „magnetickej logiky“ je pamäťová stálosť, uchovávanie stavu týchto procesorov. Po opätovnom zapnutí si pamätajú svoj posledný stav pred vypnutím. Vďaka tejto vlastnosti by sme mohli zabudnúť na zdĺhavé bootovanie. Navyše okrem toho, že elektromagnetické súčiastky majú nižšiu spotrebu energie, využitím stálosti sa dá táto ešte znížiť dočasným vypnutím práve nevyužívaných zón.

Hlavným cieľom projektu MAGLOG bolo dokázať, že magnetické logické hradlá môžu byť použité na konvenčnej platforme CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor).