Artikel top billede

IBM-forskere knækker afgørende it-problem med smart metode

IBM-forskere har løst et afgørende problem, der står i vejen for særlig metode til at sikre langt større kapacitet i storage-produkter.

Computerworld News Service: I en forskningsartikel i det videnskabelige tidsskrift Nature fremlægger forskere fra IBM, hvordan de har opnået et gennembrud inden for såkaldt spintronics, der med tiden kan give væsentlig større kapacitet og lavere strømforbrug i hukommelses- og storage-produkter.

Spintronics (spin transport electronics) er elektronik, der udnytter elektroners spin i et magnetisk felt i kombination med et læse-/skrivehoved til at skrive og læse bits på halvleder-materiale.

Forskerne er i stand til at repræsentere en bit ved at foretage ændringer op eller ned - relativt til det rum hvori elektronen befinder sig - i en elektrons akse.

En elektron med en akse, der peger opad kan repræsentere et ettal, mens en elektron med en akse, der peger nedad, kan repræsentere et nul.

Ikke anvendes i praksis

Man har længe haft det problem i spintronics, at elektronerne kun har kunnet holde en op- eller ned-orientering i 100 picosekunder.

Et picosekund er kun 0,000000001 millisekund og 100 picosekunder er ikke længe nok til at gennemføre en enkelt CPU-cyklus. Derfor har man endnu ikke kunnet anvende spintronics i praksis.

I den forskningsartikel, der vil blive offentliggjort i Nature, beskriver forskere fra IBM Research og Laboratory for Solid State Physics ved Swiss Federal Institute of Technology Zürich, hvordan de har fundet en måde at synkronisere elektroner, så man teoretisk set kan forlænge deres spin-levetid med en faktor 30 til 1,1 nanosekund.

Det er cirka så lang tid, en CPU-cyklus tager for en processor på én gigahertz.

Laserimpulser

Forskerne fra IBM har brugt ultrakorte laserpulser til at overvåge udviklingen af tusindvis af elektroners spin, der var skabt samtidigt på et meget lille område, fortæller Gian Salis, der er medforfatter til forskningsartiklen i Nature og arbejder i forskningsgruppen Physics of Nanoscale Systems hos IBM Research.

Som regel er det sådan med den slags forsøg, at elektronerne roteres tilfældigt og hurtigt mister deres orientering.

Her lykkedes det dog forskerne fra IBM og ETH at arrangere elektronernes spin i et regulært kanallignende mønster - den såkaldte persistente spin-helix.

Konceptet med at låse spin-rotationen blev oprindeligt fremsat som teori tilbage i 2003, fortæller Salis. Siden da har nogle få eksperimenter indikeret en sådan låsning, men processen er aldrig før blevet observeret direkte, tilføjer han.

Derfor er spintronics så genial - sådan fungerer det

"Disse rotationer af retningen af spin var komplet ukorrelerede," siger Salis. "Nu kan vi synkronisere denne rotation, så de ikke mister deres spin men også roterer som en dans, alt sammen i samme retning."

"Vi har vist, at vi forstår til fulde, hvad der foregår, og vi har demonstreret, at teorien fungerer i praksis," fastslår han.

Forskerne fra IBM har anvendt materialet galliumarsenid, der i udbredt grad bruges i elektronik, dioder og solceller som det primære halvledermateriale.

Almindelig elektronik er i dag baseret på elektronladning.

Men denne teknik bliver begrænsende, når halvlederne bliver så små, at man ikke længere kan kontrollere gennemstrømningen af elektroner.

Udnytter spin istedet for ladning

NAND-flash-produkter bruger for eksempel allerede i dag kredsløb, der er mindre end 20 nanometer brede, hvilket nærmer sig den atomare skala.

Spintronics kan gøre den videre teknologiske udvikling mulig ved at udnytte elektroners spin i stedet for deres ladning.

Dette gennembrud inden for spintronics giver ikke alene forskerne hidtil uhørt kontrol over de magnetiske virkninger i elektroniske produkter, men skaber også nye muligheder for at udvikle mere energieffektive elektroniske produkter.

Det er da heller ikke kun IBM, der forsker i spintronics.

For få år siden lykkedes det forskere ved Institute of Materials Physics and Chemistry i Strasbourg i Frankrig at bygge en ny laser-teknologi funderet på spintronics. Det vandt de Nobel-prisen i fysik for i 2007.

100.000 gange hurtigere

De franske fysikere opdagede en måde at bruge lasere til at gøre hastigheden på harddiskes input/output op til 100.000 gange hurtigere end med den nuværende teknologi.

Et problem i spintronics har dog været, at de magnetiske sensorer, der bruges til at detektere bits, har været for langsomme.

Men i den franske forskning fra 2007, der blev offentliggjort i Nature Physics, anvendte fysikerne en såkaldt "femtosekund"-laser, der bruger meget hurtige laser-salver til at ændre elektroners spin og derved øge læse-/skrivehastigheden.

IBM's forskere mener, at deres gennembrud gør det muligt at skabe transistorer og ikke-volatil storage, der vil bruge betydeligt mindre strøm end den nuværende NAND-flash-teknologi.

Det eneste problem er bare, at forskerne indtil videre ikke har været i stand til at genskabe deres resultater ved noget, der ligner stuetemperatur, hvilket er et krav for realistisk at kunne anvende teknologien i hukommelses- eller processor-produkter.

På nuværende tidspunkt foregår forsøgene ved den meget lave temperatur 40 grader kelvin, hvilket er -233 grader celsius.

"Der er endnu intet produkt, der kan anvende denne teknik, men det er et gennembrud, da vi nu ved, hvordan man øger elektroners spins levetid i kanaler," forklarer Sails.

"Noget, vi rigtig gerne vil, er at øge denne spin-levetid med en faktor 30."

Oversat af Thomas Bøndergaard




Brancheguiden
Brancheguide logo
Opdateres dagligt:
Den største og
mest komplette
oversigt
over danske
it-virksomheder
Hvad kan de? Hvor store er de? Hvor bor de?
JN Data A/S
Driver og udvikler it-systemer for finanssektoren.

Nøgletal og mere info om virksomheden
Skal din virksomhed med i Guiden? Klik her

Kommende events
Brand din forretning og skab nye leads med Microsoft Dynamics 365 til marketing

Vidste du, at Microsoft Dynamics også byder på stærk funktionalitet til marketingafdelingen? På kun 1 1/2 time inspirerer vi dig til, hvordan du kan bruge Dynamics 365 Marketing til at brande din forretning og skabe nye leads.

17. maj 2021 | Læs mere


Vælg den rigtige infrastruktur og it-arkitektur

Få indblik i, hvordan du kan sikre sammenhæng og overblik i et it-landksab, der konstant ændres. Dette kan blandt andet gøres med de rette strategisk og teknologiske vlag, så effektiviteten, stabiliteten og sikkerheden opretholdes. Den rigtige infrastruktur og it-arkitektur kan uden tvivl hjælpe dig med at skabe overblikket over dit it-landskab.

18. maj 2021 | Læs mere


Digital transformation og innovation: Inspiration til digitale succeshistorier

Kom ind bag facaden hos nogle af Danmarks bedste it-folk, og lær hvordan de arbejder med digital transformation og innovation. Du får muligheden for at høre, hvordan du kan bruge den nye teknologi til at få etableret det mest effektive udviklings- og innovationsmilø.

19. maj 2021 | Læs mere






Premium
Microsofts løfte om at holde data i EU sætter AWS og Google under pres - også selv om Microsoft nok ikke kan holde det
Kommentar: Med løftet om at passe bedre på europæiske data sætter Microsoft konkurrenterne under pres. Det spændende er nu, hvor meget bund, der er i løftet - og hvad Googles og AWS' svar bliver.
CIO
Har du rost din mellemleder i dag? Snart er de uddøde - og det er et tab
Computerworld mener: Mellemledere lever livet farligt: Topledelsen får konstant ideer med skiftende hold i virkeligheden, og moden går mod flade agile organisationer. Men mellemlederen er en overset hverdagens helt med et kæmpe ansvar. Her er min hyldest til den ofte latterliggjorte mellemleder.
Job & Karriere
Eva Berneke stopper som topchef i KMD og flytter til Paris: Her er KMD's nye topchef
Efter syv år på posten som topchef for KMD forlader Eva Berneke selskabet. Nu flytter hun med familien til Paris, hvor hun vil fortsætte sit bestyrelsesarbejde. KMD har allerede afløser på plads.
White paper
Overvåg kritiske industrielle systemer og beskyt dem mod angreb
Industrial Control Systems (ICS) udgør hjertet i alle forsynings- og produktionsvirksomheder og kan være overraskende sårbare overfor cyberangreb. Dette whitepaper giver et godt overblik over problematikker og muligheder for at sikre jeres systemer.