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: Technologie, Věda, Rozhovory, Intel, Výzkum, Samsung, Atom, SSD, USB, Paměti, Jaderná elektrárna, Současná doba, Hitachi, Ionizující záření, Nový objev, Reálný čas, Budoucí procesor, Tranzistor, Revoluční čip, Elektrický odpor, Nový typ, Případná integrace, Obrovské množství, Stejný směr, Velké plus


Určitě si přečtěte

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

** Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně je obdivuhodné technické dílo ** Stejná turbína vyrábí elektřinu i tlačí vodu zpět do horního jezera ** Strojovna elektrárny je zabudována v podzemí

David Polesný | 34

Co je srdce nového iPhonu? Apple A12 Bionic, první 7nm čip nabitý výkonem

Co je srdce nového iPhonu? Apple A12 Bionic, první 7nm čip nabitý výkonem

** Apple v nových iPhonech používá nový vlastní čip A12 Bionic ** Jde o první 7nm čip na světě ** Kromě vyššího klasického výkonu dostala neuronová část masivní navýšení rychlosti zpracování umělé inteligence

Karel Javůrek | 38

Pojďme programovat elektroniku: Jak vlastně funguje akcelerometr a gyroskop nejen ve vašem telefonu

Pojďme programovat elektroniku: Jak vlastně funguje akcelerometr a gyroskop nejen ve vašem telefonu

** Každý současný vybavený mobil má akcelerometr a gyroskop ** Jenže co každé z těchto čidel vlastně dělá a jak vypadá? ** Dnes si to vysvětlíme a do hry zapojíme i Airbus A380 a Arduino

Jakub Čížek | 11


Jízdní řády Bileto
Aktuální číslo časopisu Computer

Megatest: 13 grafických karet

Srovnání 7 dokovacích stanic s USB-C

Jak na perfektní noční fotografie

Kvalitní zdroje informací pro sebevzdělávání