Устройство, увеличаващо скоростта на компютърна обработка 1000 пъти без генериране на топлина

Ваня Милева Последна промяна на 18 May 2026 в 00:00 11714 0

Новата технология използва квантово-механични свойства, за да преобразува информацията за електрическите сигнали в миниатюрни магнитни полета за запис.

Кредит Tomoaki Nakatsuji/University of Tokyo
Новата технология използва квантово-механични свойства, за да преобразува информацията за електрическите сигнали в миниатюрни магнитни полета за запис.

Изследователски екип от Университета в Токио и други институции е разработил устройство, което може да увеличи скоростта на обработка на информация от полупроводникови чипове, използвани в компютри и други устройства, с 1000 пъти. Това устройство генерира по-малко топлина, което води до намалена консумация на енергия. Екипът си е поставил за цел да разработи практичен прототип на чип до 2030 г.

Прилагането на тази технология би могло потенциално да позволи обработката на данни, чието изтегляне преди отнемаше час, само за една секунда, съобщава професор Томоаки Накацуджи (Tomoaki Nakatsuji) от Токийския университет. Резултатите от изследването са публикувани в списание Science.

Компютрите извършват изчисления, използвайки битове, които представят наличието или отсъствието на електрически ток като "0" или "1". Този електрически ток се контролира от малки компоненти, наречени транзистори. Въпреки че високоскоростният битов контрол е от решаващо значение за бързите изчисления, превишаването на определена скорост на обработка представлява предизвикателство: необходимата мощност се увеличава драстично, генерирайки топлина. Съществуващите технологии за обработка достигнаха своите граници през 2000-те години.

Новоразработеният "нелетлив квантов превключващ елемент" представя битовете, използвайки магнитните свойства (спин) на електроните, а не потока от електричество. В експерименти е било възможно да се обработи един бит информация за 40 пикосекунди (пикосекунда е една трилионна част от секундата), което е 1/1000 от времето на конвенционалните методи. Със съществуващата технология, дори и при най-бързия ѝ темп, е била необходима около 1 наносекунда (нано е една милиардна част от секундата), за да се запише един бит информация.

Елементът е съставен от два вида материали: тантал и манганин*. Електрическият сигнал, преминаващ през тантала, в крайна сметка се записва в манганина като информация за посоката на минимална магнитна сила. Тази посока представлява бит.

Манганинът е прецизна сплав на базата на мед (около 85%) с добавка на манган (11,5–13,5%) и никел (2,5–3,5%). Характеризира се с изключително малка промяна в електрическото съпротивление в диапазона на стайните температури.

Елементът генерира малко топлина и в експерименти е работил стабилно дори след обработка на информация повече от 100 милиарда пъти. Опитът за постигане на същата скорост на обработка със съществуващата технология би довел до повреда поради топлина след приблизително 10 милиона до 1 милион цикъла.

Тъй като новата технология съхранява информацията магнитно, тя може да се приложи и към енергонезависима памет. Професор Накацуджи обяснява: "Информацията може да бъде записана почти без консумация на енергия."

Разпространението на изкуствения интелект и други технологии увеличава количеството обработвана информация, което води до по-високо търсене на електроенергия. Според Международната агенция по енергетика (МАЕ) се очаква разпространението на изкуствения интелект да разшири търсенето на електроенергия в центровете за данни в световен мащаб до 945 теравата (един терават е 1 трилион вата) до 2030 г. Това е повече от два пъти повече от нивото през 2024 г.

Изследването също така установи, че производителността на елементите има тенденция да се подобрява с намаляването им. Ако това може да се приложи на практика, потенциално би могло да намали консумацията на енергия, необходима за обработка на информация, до една стотна от сегашната, а изследователите планират да разработят прототип на чип до 2030 г. Сътрудничеството с компаниите е от решаващо значение за създаването на прототипи и производството на чипа.

"Тази технология е фундаментална за реализиране на високоскоростна, нискоенергийна енергонезависима памет и в бъдеще може да доведе до нов тип полупроводниково устройство, където паметта и аритметичните схеми са разположени в непосредствена близост. В момента обаче превключването е демонстрирано само с един елемент. За практическото приложение и масовото производство изглежда необходимо да се реши всяко от следните предизвикателства едно по едно: "изследване на метод за запис, който не изисква външно магнитно поле" и "внедряване на схема за четене на данни от голям брой елементи, подредени в редица", коментира Наоки Асакава, член на редакционния съвет на Nikkei.

Източник: University of Tokyo develops device that increases computer processing speed by 1000 times, operating without generating heat, Nikkei

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Технологии

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    Няма коментари към тази новина !