Заменят ли кремний материалы, позволяющие использовать один чип для разных задач?
Учеными из Департамента энергетики Национальной лаборатории Ок-Ридж изучаются возможности наноматериалов, которые смогут лечь в основу усовершенствованных микропроцессоров, превосходящих современные кремниевые чипы. Исследование «Электронных материалов повышенного типа» показывает, что всего один кристалл комплексного оксида на микро- и наноуровне способен выполнять функции многокомпонентной электрической платы.
Подобные возможности проявляются благодаря необычным свойствам некоторых комплексных оксидов, называемых разделением фаз. По этой причине различные участки маленького фрагмента материала отличаются значительно различающимися электронными и магнитными свойствами.
Это означает, что каждый отдельный характеризующийся наноразмером участок комплексного оксидного материала способен вести себя подобно самоорганизующимся элементам микросхемы, что может позволить поддерживать новые многофункциональные типы компьютерных архитектур.
Исследователь Зак Вард (Zac Ward) отмечает, что всего в одном кусочке такого материала сосуществуют различные электронные и магнитные свойства. Интересно, что в процессе проведения исследования учеными были найдены такие фазы, которые могут позволить кусочкам материала выполнять роль элементов микросхемы. Это делает потенциально возможным использование данных элементов для создания «перезаписывающихся» микросхем.
Поскольку фазы относятся и к магнитному, и к электрическому полям, материал может контролироваться различными способами, что открывает возможность создания новых типов компьютерных чипов.
Это совершенно новый подход, меняющий представление об электронике, позволяющий не просто включать и отключать электрическое поле для определения битов, отмечает Вард. О результатах исследования не приходится говорить в терминах чистой производительности. Они представляются путем создания совершенно отличающихся от представленных сегодня многофункциональных архитектур, применение к которым различной внешней стимуляции может осуществляться всего на одном материале.
Не исключено, что в настоящее время лимит возможностей кремниевых чипов в компьютерной индустрии исчерпан или близок к тому. Проведенный Национальной лабораторией Ок-Ридж эксперимент показывает, что материалы со способностью к разделению фаз могут стать началом нового подхода — «один чип подходит для всего». В отличие от чипа, способного играть всего одну роль, многофункциональный чип способен работать с несколькими средствами ввода и вывода, применение которых зависит от потребностей конкретной задачи.
Обычно на компьютерной плате для получения доступа к различным внешним стимулам необходимо соединить вместе несколько различных компонентов. Главным отличием того подхода, который стал результатом проведенного исследования, является то, что учеными были найдены определенные комплексные материалы, которые уже как бы обладают необходимыми в микросхеме компонентами. Это способно сократить размеры электроники и ее потребности в энергии.
Исследователями были показаны свойства материала, названного LPCMO, но Вард дополнительно отмечает, что другие материалы с разделением фаз обладают отличающимися свойствами.
Проведенное исследование потенциально открывает возможность повышения производительности разрабатываемого для разных задач аппаратного обеспечения. Материалы со столь удивительными свойствами могут использоваться для создания архитектур, которые, возможно, когда-нибудь в будущем лягут в основу суперкомпьютеров, настольных ПК и смартфонов.