Budoucnost elektroniky: čeští vědci stojí za revolučním čipem, který nemá ve světě obdoby

  • Čeští vědci pod vedením Tomáše Jungwirtha vyvíjí nový typ revolučního paměťového čipu
  • Zatímco v současnosti elektronika pracuje s elektrony, v budoucnu to budou spiny elektronů
  • Čipy budou moci být klidně i 1 000x rychlejší a úspornější
Budoucnost elektroniky: čeští vědci stojí za revolučním čipem, který nemá ve světě obdoby
Kapitoly článku

Problémy memristoru

Memristor je jeden z nadějných prvků, který rovněž reprezentuje analogovu funkci, kterou se pyšní i synapse v mozku. Tomáš Jungwirth ale velmi podrobně popsal, jakým problémům čelí samotná konstrukce memristoru.

„Typický memristor není nic jiného než polovodič (je nutné dotovat příměsi pro průtok elektronů, bez příměsí je to izolátor), v jehož vodivém kanále se příměsi posouvají dál a dál a dotování tak probíhá „zaživa“ a při opačném průchodu proudu se tyto příměsi posouvají kanálem zpátky. Kanál se tak během pulzování stává vodivějším či méně vodivým tím, že se v reálném čase dotuje. U klasických polovodičů se nečistoty implantují natvrdo a pak už pouze probíhá průchod elektronů. Memristory tak vyžadují větší proudové signály a přímo v mřížce dochází k posouvání atomů.

Zásadním problémem tak je, že když chcete, aby memristor byl rychlý, musíte skutečný fyzický atom co nejrychleji posunout skrze atomovou mřížku. Elektrony se snadno pohybují atomovou mřížkou rychle, jsou malé, lehké a proto je elektronika rychlá. Posouvat celým atomem vyžaduje hodně energie a je to pomalý proces. Aby tato součástka fungovala v řádu dnešních rychlostí (desítky nanosekund), musí se dovnitř pouštět velké proudy a při průchodu atomu skrze kanál dochází k poškozování. Je to něco jako ionizující záření, kdy polovodič bombardujete sem a tam. Aby memristor mohl fungovat, vždy funguje na hraně vlastního zničení. Buď je to pomalé, kdy nedochází k žádnému ničení, nebo při rychlém průchodu dochází k ničení. To je jeden z klíčových důvodů, proč zatím nebyly vytvořeny spolehlivé memristory pro komerční využití i když je za tím obrovský inženýrský talent a spousty let vývoje“.

Klepněte pro větší obrázek
Nanostruktura memristoru

Jak ale Tomáš Jungwirth dodal, memristor rozhodně není slepá ulička, protože stejně jako se podařilo poškozování různými způsoby částečně ošetřit u SSD (kapacita navíc, řadiče s efektivním rozdělováním buněk, software, cache), půjde to pravděpodobně i u memristorů. Otázka spíše zní, jakými technikami a jaké bude mít memristor reálné nasazení.

Ještě si počkáme

Dle Tomáše Jungwirtha nelze čekat, že SSD či pevné disky s nástupem pokročilých pamětí MRAM okamžitě skončí. Tyto nové paměti čeká stejný vývoj, který v rámci jejich kapacity potrvá několik let, ostatně to jsme mohli pozorovat i u SSD.

Zároveň je ale nutné říci, že u nich nedochází k opotřebování jako u SSD a jsou nesrovnatelně rychlejší. Důležitou výhodou pro mnoho oblastí nasazení je také odolnost vůči ionizujícímu záření. První aplikace MRAM pamětí tak byly například v letadlech a podobně. „Ionizující záření ovlivňuje náboj, který se kvůli dodané energii přemístí, ale spin se nezmění.“ dodal Tomáš Jungwirth.

Velkým plusem je i spotřeba, protože i přes vysokou rychlost jsou MRAM permanentní pamětí, takže operační paměť ani cache v budoucích procesorech už nebude muset být neustále napájená a obnovována. Cílovou oblastí je tak třeba internet věcí a mobilní zařízení, kde spotřeba hraje důležitou roli.

Klepněte pro větší obrázek
Čipy si český tým vyrábí přímo na místě (malé wafery si kupují), samozřejmostí je co nejvyšší čistotu, i prach by vyrobené čipy znehodnotil. Technologie výroby je v oblasti desítek až stovek nanometrů

Klasické magnetické paměti jsou ovlivnitelné magnetickým polem a platí to u veškeré elektroniky, kde protéká elektrický proud. MRAM z antiferomagnetů tento problém nemají, protože negenerují vůbec žádné magnetické pole. „Sousední magnety mají magnetický moment orientovaný opačně, takže se to kompenzuje na úrovni dvou atomů nebo meziatomové vzdálenosti. Je to necitlivé na magnetické pole, tedy pokud nepoužijete například stovky Tesla.“ upřesnil Tomáš Jungwirth.

Ve světě už funkčnost nové technologie nezávisle ověřily další tři vědecké týmy a český tým má samozřejmě několik patentů. Cílem je dotáhnout vše do dalších úrovní a „prodat“ technologii až později, kdy bude mít tím pádem větší hodnotu a získá se více patentů. V současnosti tým spolupracuje se společností Hitachi.

A kdy bychom se mohli dočkat prvního reálného nasazení? Dle odhadů by se do pěti let mohl vyzkoušet prototyp antiferomagnetické paměti nebo synapse ve specifické aplikaci například v oblasti internetu věcí. Ve výsledku lze vytvořit i 3D čip, který bude kombinovat jak klasické tranzistory, tak antiferomagnetickou paměť. Ve vzdálenější budoucnosti by pak bylo možné vytvořit i procesorovou logickou část z antiferomagnetů.

Témata článku: Věda, Technologie, Výzkum, Rozhovory, Intel, Paměti, SSD, Samsung, USB, Atom, Vyvinutý čip, Stejný směr, Reálný čas, Obrovské množství, Spotřební elektronika, Speciální software, Magnetické pole, Budoucí procesor, Elektrický proud, Čip, Případná integrace, Operační paměť, Nový jev, Nová paměť, Velké plus


Určitě si přečtěte

Rekordy počasí: V Česku to ještě jde, skutečné extrémy zažívají jinde

Rekordy počasí: V Česku to ještě jde, skutečné extrémy zažívají jinde

** Teplotní extrémy dokážou překvapit. Seznamte se s rekordy v Česku i ve světě ** Rekordní hodnoty jsou mnohdy až k neuvěření ** Zjistěte, kdy ke bylo největší horko, zima, déšť či vítr

Karel Kilián | 7

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

Porno insider: Jak virtuální realita vstupuje do filmů pro dospělé

** Pornografie údajně představuje třetinu internetové obsahu a je technologický tahounem ** Do erotického obsahu postupně zasahuje i virtuální realita ** Kromě vizuálního vjemu se pracuje také na virtuálním uspokojení toho hmatového

Jan Dudek | 28

Portál občana už funguje. Na státní web vypadá až překvapivě použitelně

Portál občana už funguje. Na státní web vypadá až překvapivě použitelně

** Portál občana už funguje, vyřídíte na něm první požadavky ** Funkce se budou postupně rozšiřovat ** Web je docela moderní a přehledný

David Polesný | 65

Šmírovačka kamerami Googlu: Koukněte se, co nového zachytily na Street View

Šmírovačka kamerami Googlu: Koukněte se, co nového zachytily na Street View

Google stále fotí celý svět do své služby Street View. A novodobou zábavou je hledat v mapách Googlu vtipné záběry. Podívejte se na výběr nejlepších!

redakce | 44


Aktuální číslo časopisu Computer

Velký test 18 bezdrátových sluchátek

Vše o přechodu na DVB-T2

Procesory AMD opět porážejí Intel

7 NVMe M.2 SSD v přímém souboji