Сегодня для процессоров, используемых в центрах обработки данных, есть два главных ограничения, которые мешают полноценному масштабированию систем — потребляемая энергия и большое количество выделяемого тепла. Японские учёные разработали устройство под названием «энергонезависимый переключающий элемент», которое, как они уверяют, могут помочь обойти эти ограничения.
Новое устройство способно обрабатывать бит — наименьшую единицу информации, обозначаемую как «1» или «0», — всего за 40 пикосекунд, или 40 триллионных долей секунды. Для сравнения, обычные чипы с трудом обрабатывают бит менее чем за наносекунду, или миллиардную долю секунды.
Добиться столь высоких скоростей удалось благодаря использованию силы света. Устройство изготовлено из сверхтонких слоёв тантала и станнида тримарганца на кремниевой подложке. Первый материал выбран из-за его возможности накапливать и высвобождать электричество, второй — за его стабильные магнитные свойства и устойчивость к воздействию внешних магнитных полей.
Также учёными был создан генератор сверхбыстрых импульсов для управления световыми импульсами — длительностью до 60 пикосекунд на импульс — в пределах стандартного диапазона длин волн связи. Каждый световой импульс проходил через высокоскоростной фотодетектор, называемый фотодиодом с однонаправленным переносом несущей (UTD-PD).
Когда энергонезависимое переключающее устройство получало импульсы от UTD-PD, спины электронов в материале изменялись, и ученые зафиксировали ничтожно малую магнитную силу. Тестирование разработки в лабораторных условиях показало высокую стабильность и надёжность устройства, несмотря на более чем миллиард переключений. Кроме того, поддержание магнитной информации не требовало постоянного притока электричества.
Отдельно авторы проекта рассказали о тепловыделении — оно оказалось значительно меньше, если сравнивать с тепловыделением обычного процессора. Таким образом «энергонезависимый переключающий элемент» смог обойти ключевые ограничения — он работал с более высокой скоростью обработки данных, выделяя при этом меньшее количество тепла.
Но не обошлось здесь и без ложки дёгтя. Дело в том, что тантал — это очень редкий металл, поэтому с серийным производством подобного устройства могут возникнуть серьёзные проблемы. Также потребуется провести серию тестов вне лабораторных условий, чтобы понять, смогут ли факторы внешней среды повлиять на конечные результаты работы.
