Los interruptores magnéticos podrían usar 10,000 veces menos energía que los transistores de silicio

Interruptores magnéticos

La ingeniería informática, pero en particular la ingeniería informática móvil, se trata de jugar un juego de suma cero contigo mismo. La potencia y la eficiencia se socavan constantemente, creando incentivos confusos para los diseñadores que buscan establecer récords tanto en tiempo de conversación como en velocidad de procesamiento. En este punto, parece obvio que tanto la velocidad como la duración de la batería están limitadas por el antiguo proceso de establecer pequeños campos cada vez más densos de transistores de silicio; ya sea una computadora cuántica o un chip de grafeno, obtener más potencia informática por menos energía eléctrica requerirá un cambio fundamental en la forma en que construimos las computadoras.

Un nuevo interruptores magnéticos 1Un estudio de UC Berkeley espera proporcionar la base para tal avance, presentando su intento de un reemplazo de silicio que, según dicen, usa hasta 10,000 veces menos energía que las soluciones anteriores. Han diseñado un sistema que utiliza interruptores magnéticos en lugar de transistores, eliminando la necesidad de una corriente eléctrica constante. La idea de un transistor magnético se ha discutido desde principios de la década de 1990, pero el fracaso de la idea siempre ha sido la necesidad de crear un campo magnético fuerte para orientar los imanes para facilitar la conmutación; toda o la mayor parte de la energía ahorrada por los imanes se gasta creando el campo necesario para utilizar esos imanes.

Este nuevo estudio, publicado la semana pasada en Naturaleza, utiliza un cable hecho de tantalio, un elemento algo raro que se utiliza para fabricar condensadores en todo, desde reproductores de Blu-Ray hasta teléfonos móviles. El tantalio es un buen conductor liviano, pero tiene una propiedad particularmente extraña que lo hace especialmente útil para aplicaciones magnéticas: cuando una corriente fluye a través del cable de tantalio, todos los electrones que giran en el sentido de las agujas del reloj migran a un lado del cable, todos en sentido contrario. -hacia la derecha-girando hacia el otro. El movimiento físico de estos electrones crea una polarización en el sistema, el mismo tipo de polarización que los investigadores anteriores han tenido que crear con un campo magnético caro.



Si este enfoque fuera exitoso y práctico, podríamos comenzar a capitalizar algunos de los beneficios compartidos de todos. estrategias de computación magnética, el más evidente de los cuales es que los interruptores magnéticos no requieren corriente constante para mantener su estado. Al igual que un cristal líquido en una pantalla de tinta electrónica, un transistor magnético mantendrá su estado asignado hasta que se invierta activamente. Esto significa que un teórico magnético procesador podría utilizar mucha menos energía que los de silicio semiconductor al acumular ahorros de energía cuando no esté trabajando activamente. Y dado que el tantalio es un material bastante conocido, su incorporación al proceso de fabricación no debería resultar demasiado difícil.

Tantalio crudo.

Tantalio crudo.

Una cosa interesante acerca de esta capacidad para mantener un estado asignado es que esencialmente hace que el chip sea programable. Cuando los transistores de silicio deben instalarse físicamente para cada función específica, los interruptores magnéticos podrían reorientarse mediante software para satisfacer una necesidad específica. La decodificación de video es un proceso muy diferente a la reproducción de ese mismo video en un motor de gráficos en tiempo real, y los dos procesos utilizan arreglos distintos de transistores físicos. Teóricamente, un chip magnético podría cambiar su disposición sobre la marcha, presumiblemente en respuesta a los comandos del software, para adaptarse mejor a la tarea en particular en cuestión.

Por lo tanto, los transistores magnéticos ofrecen una forma de salir del juego de suma cero en el que el aumento de potencia necesariamente reduce la vida útil de la batería y la disminución del consumo de energía requiere una velocidad general más lenta. La potencia en el mundo real de un chip hecho de interruptores magnéticos, por supuesto, estará limitada no por la ciencia sino por la fabricación: hacer transistores experimentales es bueno, pero en última instancia no tiene sentido si no podemos producir miles de tales chips en un plazo relativamente corto.

Aunque distintos en muchos aspectos, estos transistores siguen utilizando la misma lógica básica de encendido y apagado que los transistores normales, por lo que necesitarían un estándar de producción comparable para competir en términos de velocidad bruta. Mi Nexus 5 cuenta con un chip Snapdragon de 28 nanómetros que empaqueta cuatro núcleos de alta velocidad en un chip del tamaño de una galleta Graham; aunque el magnetismo tiene sus ventajas, es probable que el silicio continúe reinando durante mucho tiempo.

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