{"id":18347,"date":"2011-07-05T20:44:27","date_gmt":"2011-07-05T17:44:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/uudised\/?p=18347"},"modified":"2011-08-08T23:43:13","modified_gmt":"2011-08-08T20:43:13","slug":"maksimaalse-efektiivsusega-magnetmalud-ja-loogialulitused","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=18347","title":{"rendered":"Maksimaalse efektiivsusega magnetm\u00e4lud ja loogikal\u00fclitused"},"content":{"rendered":"

Tulevikuarvutite magnetilised mikroprotsessorid tarbivad Kalifornia Berkeley \u00fclikooli anal\u00fc\u00fctikute s\u00f5nul f\u00fc\u00fcsikaliselt v\u00e4himat v\u00f5imalikku energiat ja saavutavad maksimaalse efektiivsuse.<\/strong><\/p>\n

Kaasaegsete r\u00e4nip\u00f5histe mikroprotsessorite kiibid t\u00f6\u00f6tavad elektrivoolul, mida p\u00f5hjustab liikuvate elektronide voog. Elektritakistuse t\u00f5ttu eraldub aga protsessoritelt soojust. Nanomeetri m\u00f5\u00f5tkavas magnetdipoolidel p\u00f5hinevatel mikroprotsessoritel seevastu voolutarve puudub.<\/p>\n

\"\"

Magnet-kontrast piltidel (magnetic contrast image) paistavad heledana nanomagnetid, mille p\u00f5hjapoolus on suunatud alla.Tumedate piirkondadedipoolide p\u00f5hjapoolus on suunatud \u00fcles. Alumisel skemaatilisel joonisel on alla suunatud p\u00f5hjapooluse v\u00e4rviks punane, \u00fcles suunatud poolus aga sinine. N\u00e4htavad kuus dipooli moodustavad enamus-transistorl\u00fclituse (majority logic gate transistor). Transistori t\u00f6\u00f6oleku m\u00e4\u00e4rab \u00fclemise, vasaku ja parema sisendi olek. Horisontaalsed naabermagnetid on enamasti vastupidise suunaga, vertikaalsed aga enamasti samasuunalised.<\/p><\/div>\n

Uuenduslikud magnetm\u00e4lu-kiibid kiirgaksid vaid 18 millielektronvoldi suurusj\u00e4rgus energiat \u00fcmbritseva keskkonna temperatuuri iga kraadi kohta, mis on \u00fchtlasi v\u00e4him termod\u00fcnaamika teise seaduse (loe l\u00e4hemalt siit<\/a>) ja Landaueri piiri (loe l\u00e4hemalt siit<\/a>) j\u00e4rgi lubatav suurus<\/p>\n

\u201cKeskmine koduarvuti tarbib andmet\u00f6\u00f6tluseks elektronide voost l\u00e4htuvat elektrit. Magnetm\u00e4ludel p\u00f5hinev arvuti seevastu tugineb v\u00e4ga tihedalt paigutatud \u00fcksteisega interakteeruvatel magnetdipoolidel (loe l\u00e4hemalt siit<\/a>). \u00d5ige seadistuse korral on v\u00f5imalik dipoolidega arvutusi teha,\u201d \u00fctleb Berkeley teadlane Brian Lambson.<\/p>\n

\u201cP\u00f5him\u00f5tteliselt on v\u00f5imalik valmistada arvuteid, mis t\u00f6\u00f6tavad t\u00e4pselt Landaueri piiril. Isegi kui oleksime piirist \u00fche suurusj\u00e4rgu kaugusel oleks tegemist v\u00e4ga suure energiatarbe v\u00e4henemisega,\u201d lisab Berkeley E3S (Center for Energy Efficient Electronics Science) juhitv nn. magnetarvutite teadlane Jeffrey Bokor. E3S \u00fcks eesm\u00e4rke ongi Landaueri piiril t\u00f6\u00f6tavate arvutite arendamine.<\/p>\n

Viisk\u00fcmmend aastat tagasi kasutas Rolf Landauer (loe l\u00e4hemalt siit<\/a>) toona v\u00e4rsket informatsiooniteooriat postuleerimaks, et mikroprotsessoritega loogikal\u00fclituste tegemine p\u00f5hjustab l\u00f5pliku suurusega energia eraldumise. Landaueri v\u00e4idete aluseks on termod\u00fcnaamika teine seadus, mille kohaselt mittep\u00f6\u00f6rduv protsess, n\u00e4iteks loogilline l\u00fclitus v\u00f5i andmebiti kustutamine, eraldab p\u00f6\u00f6rdumatult mingi hulga energiat. Energia eraldumisega kasvab \u00fchtlasi s\u00fcsteemi entroopia. Kaasaegsete transistoride ja mikroprotsessorite energiakaod on nimetatud piirv\u00e4\u00e4rtusest oluliselt suuremad. Seet\u00f5ttu \u00fcritavad asjast huvitatud teadlased arendada arvuteid, mille m\u00e4lus\u00fcsteemidel puuduks elektritakistus ja soojuskaod.<\/p>\n

Bokori ja Lambsoni v\u00e4lja t\u00f6\u00f6tatud nanomagnetid on ligi 100 nm\u00a0 (nanomeeter) laiad ja 200 nm pikad. Olemuselt on nanomagnetid magnetilised dipoolid, mille \u00fcles- v\u00f5i allapidi joondunud olek on binaarse 1 – 0 loogikaga h\u00f5lpsasti kirjeldatav. Nanomagnetite \u00fcksteisele l\u00e4hendamine p\u00f5hjustab nende p\u00f5hja- ja l\u00f5unapooluste interaktsiooni, v\u00f5imaldades sooritada transistorl\u00fclitustele v\u00f5rdv\u00e4\u00e4rseid toiminguid.<\/p>\n

\"\"

Tulevikuarvuti mikroprotsessor, mis kasutab andmet\u00f6\u00f6tluseks nanomagneteid. P\u00f5hja- ja l\u00f5unapooluste vastastikm\u00f5ju t\u00f5ttu on v\u00f5imalik magnetitega sooritada loogilisi l\u00fclitusi.<\/p><\/div>\n

Lambson n\u00e4itas arvutuste teel, et \u00fche magnetbiti kustutamine on v\u00f5imalik sooritada Landaueri piirile l\u00e4hedase v\u00f5i koguni sellele v\u00f5rdse energiakuluga.<\/p>\n

Esimene edukas magnetmomentidega nanoosakesi kasutav katse viidi l\u00e4bi Notre Dame \u00fclikoolis 2006. aastal. Valminud kolme sisendiga loogikal\u00fclitus kasutas 16 paardunud nanomagnetit. Lambson n\u00e4itas, et ka seda katset saaks sooritada v\u00e4hima energiakulu piiril.<\/p>\n

Landaueri seadus on v\u00f5rdeline temperatuuriga, mist\u00f5ttu on madalatemperatuursed vooluahelad veelgi s\u00e4\u00e4stlikumad.<\/p>\n

Katsej\u00e4rgus olevate m\u00e4luseadmete magnetmomentide joondamiseks kasutatakse energiakulukaid elektromagnetv\u00e4ljasid. Ideaalis ei tarbi magnetm\u00e4lu oleku muutmiseks \u00fcldse elektrienergiat. Voolu tarbiks vaid kiipidevaheline andmeside.<\/p>\n

\u201cPraegune uurimissuund keskendub magnetloogika l\u00fclitamisele v\u00e4lise elektromagnetv\u00e4ljata, mida on raske efektiivselt teha. V\u00f5imalik lahendus on n\u00e4iteks multiferroidsete!? materjalide kasutamine, mille magnetilisi omadusi v\u00f5ib tulevikus saada juhtida pinge abil,\u201d lausub Bokor.<\/p>\n

Lahenduseni j\u00f5udmisel on veel teisigi takistusi. Voolutarbimise v\u00e4henemisega kaasneb seadme m\u00fcratundlikkus temperatuuri k\u00f5ikumistele, v\u00e4listele elektromagnetv\u00e4ljadele ja teistele segajatele.<\/p>\n

\u201cProbleemide kiuste \u00fcritame muuta meie tehnoloogia kiireks ja usaldusv\u00e4\u00e4rseks,\u201d l\u00f5petab Bokor.<\/p>\n

Allikas: PhysOrg<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Tulevikuarvutite magnetilised mikroprotsessorid tarbivad Kalifornia Berkeley \u00fclikooli anal\u00fc\u00fctikute s\u00f5nul f\u00fc\u00fcsikaliselt v\u00e4himat v\u00f5imalikku energiat ja saavutavad maksimaalse efektiivsuse. Kaasaegsete r\u00e4nip\u00f5histe mikroprotsessorite kiibid t\u00f6\u00f6tavad elektrivoolul, mida p\u00f5hjustab liikuvate elektronide voog. Elektritakistuse t\u00f5ttu eraldub aga protsessoritelt soojust. Nanomeetri m\u00f5\u00f5tkavas magnetdipoolidel p\u00f5hinevatel mikroprotsessoritel seevastu voolutarve puudub. Uuenduslikud magnetm\u00e4lu-kiibid kiirgaksid vaid 18 millielektronvoldi suurusj\u00e4rgus energiat \u00fcmbritseva keskkonna temperatuuri iga kraadi […]<\/p>\n","protected":false},"author":449,"featured_media":18351,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[31,16],"tags":[],"class_list":{"0":"post-18347","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-rakenduslik-teadus","8":"category-teadusuudis","9":"entry"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/18347","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/449"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=18347"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/18347\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/18351"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=18347"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=18347"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=18347"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}