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In a University of Michigan lab, doctoral student Avery-Ryan Ansbro prepares iron gallium, an alloy, with a technique called pulsed laser deposition. The thin film he makes is one part of M3BOLT, a chip unveiled by researchers at the University of Michigan (U-M) and the University of Wisconsin–Madison. The team believes it could make computers 100 to 1,000 times faster.
En un laboratorio de la Universidad de Míchigan, el doctorando Avery-Ryan Ansbro prepara hierro-galio, una aleación, mediante una técnica llamada depósito por láser pulsado. La película fina que fabrica es una de las partes de M3BOLT, un chip presentado por investigadores de la Universidad de Míchigan (U-M) y de la Universidad de Wisconsin–Madison. El equipo cree que podría hacer los ordenadores 100 a 1.000 veces más rápidos.
The problem starts with the transistor. A processor holds billions of them, switching on and off to handle data, and manufacturers spent decades shrinking them to gain speed and save energy. But the smaller they get, the less efficient they become: electrons pass through them even when they are switched off, and that wastes energy. The team estimates that conventional transistors could reach their theoretical energy-efficiency limits by 2037.
El problema empieza con el transistor. Un procesador contiene miles de millones de ellos, que se encienden y apagan para manejar datos, y los fabricantes llevan décadas reduciéndolos para ganar velocidad y ahorrar energía. Pero cuanto más pequeños son, menos eficientes resultan: los electrones atraviesan los transistores incluso cuando están apagados, y eso desperdicia energía. El equipo calcula que los transistores convencionales podrían alcanzar sus límites teóricos de eficiencia energética en 2037.
M3BOLT skips the switch. Its designers pair a ferroelectric crystal, lead magnesium niobate-lead titanate (PMN-PT), with a thin layer of magnetic iron-gallium alloy. When an electric field is applied, the crystal changes its internal electrical orientation, which alters the magnetic properties of the iron-gallium layer. That produces magnons, waves that travel through the material with very little resistance and so lose less energy as heat. Those waves could reach terahertz frequencies, against the gigahertz of today's consumer processors, which is why the team says computers could process information hundreds of times faster.
M3BOLT prescinde del interruptor. Sus diseñadores combinan un cristal ferroeléctrico, niobato de magnesio y plomo-titanato de plomo (PMN-PT), con una fina capa de aleación magnética de hierro-galio. Cuando se aplica un campo eléctrico, el cristal cambia su orientación eléctrica interna, lo que altera las propiedades magnéticas de la capa de hierro-galio. Así se producen magnones, ondas que se propagan por el material con muy poca resistencia y, por tanto, pierden menos energía en forma de calor. Esas ondas podrían alcanzar frecuencias de terahercios, frente a los gigahercios de los procesadores de consumo actuales, por lo que el equipo afirma que los ordenadores podrían procesar información cientos de veces más rápido.
The device could also store data. Researchers would change the magnetic orientation of the iron-gallium layer, so that two magnetic states could serve as 1 and 0 instead of the two voltage levels of current transistors. That orientation stays the same after the power is switched off, so the same material could process information and keep it without a continuous power supply. These remain projections: the 100-to-1,000 figures are the team's estimates. The University of Wisconsin–Madison group will use computer simulations to study performance and identify possible material defects, while U-M continues to develop the materials, devices and circuits needed to make the technology work in real computers.
El dispositivo también podría almacenar datos. Los investigadores cambiarían la orientación magnética de la capa de hierro-galio, de modo que dos estados magnéticos podrían servir como 1 y 0 en lugar de los dos niveles de tensión de los transistores actuales. Esa orientación se mantiene tras cortar la corriente, así que el mismo material podría procesar la información y conservarla sin un suministro eléctrico continuo. Se trata de proyecciones: las cifras de 100 a 1.000 son estimaciones del equipo. El grupo de la Universidad de Wisconsin–Madison utilizará simulaciones por ordenador para estudiar el rendimiento e identificar posibles defectos de los materiales, mientras que U-M sigue desarrollando los materiales, dispositivos y circuitos necesarios para que la tecnología funcione en ordenadores reales.
For now, the team concentrates on low-power devices, Wei Lu, an engineering professor at U-M, said. A press release from the team argues that autonomous or mobile devices could carry better computers without huge power supplies. The longer ambition is larger: “imagine that someday we can build supercomputers with them,” Lu said. “You might not need a nuclear power plant to run a large data center.” The team gives no date for any of this.
Por ahora, el equipo se concentra en dispositivos de bajo consumo, explicó Wei Lu, profesor de ingeniería en U-M. Un comunicado del equipo sostiene que los dispositivos autónomos o móviles podrían integrar mejores ordenadores sin necesitar enormes fuentes de alimentación. La ambición a largo plazo es mayor: «imagínese que algún día podamos construir superordenadores con ellos», dijo Lu. «Quizá no haga falta una central nuclear para hacer funcionar un gran centro de datos». El equipo no fija ninguna fecha para nada de esto.