Fizikai kuria naujos kartos skaičiavimo architektūrą

Pagrindinis projekto tikslas yra paspartinti didelių duomenų kiekių, su kuriais neišvengiamai susiduriama glaudinant, atpažįstant vaizdinę informaciją bei atliekant paiešką internete, apdorojimą.

Tokius darbus finansuoja Nacionalinis mokslo fondas bei Nanoelektronikos tyrimų iniciatyva.

„Įprastinė silicio elektronika labai greitai prieis liepto galą, – pasakoja fizikos ir astronomijos profesorius Rolandas Kavakamis (Roland Kawakami). – Mūsų tikslas yra išnaudoti sukininį laisvės laipsnį informacijos saugojimui ir apdorojimui, nes tai leistų logines ir atminties funkcijas atlikti viename luste“.

Sukinys yra fundamentali prigimtinė elektronų savybė, dėl kurios į šias daleles galima žiūrėti kaip mažyčius magnetukus, galinčius orientuotis „šiaurės“ arba „pietų“ kryptimis. Sukinių pagrindo elektronikoje duomenis galima saugoti elektronų sukinių būsenomis.

Kaip aiškina R. Kavakamis, kitaip nei tradiciniais atvejais, kuomet elektroniką bandoma tobulinti konstruojant pažangesnius tranzistorius, šis projektas skirtas kitokiems tyrimams.

„Mes ieškome visiškai naujos skaičiavimo architektūros, – teigia jis. – Tai reiškia, jog mes bandome kurti naujos rūšies sudedamąsias dalis, pavyzdžiui, magnetologinius elementus, kurie bus tarsi šios technologijos varikliai – panašiai kaip tranzistoriai įprastinėje elektronikoje. Be to, mes suprojektuosime ir sukonstruosime grandines, kurios leis šį prietaisą panaudoti specifinėms funkcijoms, tarkim, paieškai, rūšiavimui ir prognozavimui.“

Magnetologinį elementą sudaro grafenas, prie kurio yra prijungti keli magnetiniai elektrodai. Duomenys saugomi magnetinių elektrodų būsenų pavidalu – panašiai kaip informacija saugojama magnetiniuose standžiuosiuose diskuose. Loginėms operacijoms atlikti elektronų, judančių grafenu, sukininės būsenos yra palyginamos su atskirų magnetinių elektrodų saugoma informacija.

Šis tyrimų projektas buvo pradėtas rugsėjo 15 dieną, vadovaujanti institucija – Kalifornijos universitetas Riversaide. Projekte taip pat dalyvauja Kalifornijos universiteto Irvine bei San Diege atstovai, Ročesterio bei Bafalo universitetai (JAV).

„Mūsų komandą sudaro spintronikos, atmintinių, teorinės fizikos, grandynų bei integruotųjų grandinių konstravimo specialistai“, – pažymi profesorius, besidarbuojantis Kalifornijos universiteto Riversaide Nanomastelinio mokslo ir inžinerijos centre.

Projektas yra paremtas dviem pagrindiniais persilaužimais, visai neseniai pasiektais nanoelektronijoje: sukinio pagrindo skaičiavimais tam panaudojant magnetologinį elementą, kurį 2007 metais sukonstravo Kalifornijos universiteto San Diege mokslininkai, ir tuneline sukinių injekcija bei sukinių pernaša grafene, kurią 2010 metais aptiko R. Kavakamio vadovaujama tyrėjų komanda.

„Susieję šiuos išskirtinius rezultatus, mes išsiaiškinome, jog grafenas yra tinkamiausia medžiaga magnetologinių elementų kūrimui dėl didelės spartos, mažų energijos sąnaudų ir gebėjimo veikti kambario temperatūroje“, – prideda jis.

Didžioji dalis eksperimentinių darbų bus atlikta Kalifornijos universitete Riversaide ir Irvine. Teoriniai aspektai ir grandinių konstravimas bus aptartas Kalifornijos universitete San Diege, Ročesterio bei Bafalo universitetuose.