DI lustai gali vartoti gerokai mažiau elektros: mokslininkai įveikė ilgai spręstą medžiagų problemą

Sekite TechNaujienos Google

Dirbtinio intelekto duomenų centrai sunaudoja vis daugiau elektros, o vienas didžiausių technologijų sektoriaus tikslų – sukurti procesorius ir atminties įrenginius, gebančius veikti su gerokai mažesnėmis energijos sąnaudomis. Browno universiteto mokslininkai paskelbė sukūrę naują itin plonų medžiagų gamybos būdą, kuris gali padėti kurti tokią elektroniką. Jų laimėjimas susijęs ne su greitesne programine įranga, o su pačiomis medžiagos fizinėmis savybėmis.

Spalio 28 d. Browno universiteto pranešime pristatomas žurnale „Nature Materials“ aprašytas tyrimas. Mokslininkai dirbo su bismuto feritu – daugiaferoine medžiaga, kurios elektrines ir magnetines savybes galima valdyti susietai. Tai potencialiai leistų duomenis įrašyti labai mažais įtampos impulsais, o informaciją nuskaityti per magnetinį atsaką.

Problema ta, kad mikroschemoms tokios medžiagos reikalingos itin plonų sluoksnių pavidalu. Kai plėvelė tampa vos kelių atominių sluoksnių storio, dalis medžiagų netenka tų savybių, dėl kurių jos apskritai buvo pasirinktos. Mokslininkai šį reiškinį vadina „negyvuoju sluoksniu“. Iki šiol jis trukdė perkelti perspektyvią fiziką iš didesnių mėginių į tikrą puslaidininkių architektūrą.

Komanda pakeitė medžiagos auginimo sąlygas. Bismuto ferito plėvelė suformuota ant disprozio skandato pagrindo, kurio kristalinė gardelė sukuria kontroliuojamą mechaninį įtempimą. Kitas metalinis sluoksnis padeda suvaldyti elektrinius laukus. Šių dviejų sprendimų derinys leido išlaikyti elektrinę poliarizaciją ir magnetines savybes net neįprastai plonoje medžiagoje.

Naujausi straipsniai

4 min. skaitymo • prieš 2 val

Lenkija už 84 mln. eurų perka radarus prieš mažus dronus – stiprins NATO rytinio flango apsaugą

4 min. skaitymo • prieš 2 val

„Saab“ pristatė naują apsaugą nuo grėsmių po vandeniu: svarbi žinia ir Baltijos jūrai

4 min. skaitymo • prieš 2 val

Netikėtas atradimas: pelėms Parkinsono ligą primenantys simptomai išnyko be gydymo – kas nutiko smegenyse?

Visi naujausi straipsniai →

Tyrėjai teigia, kad sluoksnio storį galima sumažinti iki kelių angstremų, neprarandant esminių funkcijų. Dar įdomiau, kad dalis magnetinių savybių net sustiprėjo. Nustatyta vadinamoji altermagnetinė būsena, kurioje derinamos kai kurios greito persijungimo ir aiškaus magnetinio signalo savybės. Tokios fizikinės savybės svarbios kuriant tankiai integruotą atmintį ir skaičiavimo elementus.

Kodėl tai susiję su DI elektros sąskaitomis?

Dabar duomenų centrų energijos poreikį lemia daug veiksnių: procesorių darbas, atmintis, duomenų perdavimas ir aušinimas. Jeigu ateities lustuose duomenų saugojimo ar skaičiavimo veiksmą pavyktų atlikti mažesniais elektriniais impulsais, teoriškai dalis sąnaudų sumažėtų. Tačiau Browno universitetas kol kas nepateikia pagaminto komercinio procesoriaus ar įrodymo, kad visas DI centras dėl šio atradimo sutaupytų konkretų elektros procentą.

Ne mažiau svarbu tai, kad nauja medžiaga turėtų būti suderinama su puslaidininkių gamybos grandinėmis. Laboratorijoje parodyti fizikinę savybę yra vienas etapas, o užtikrinti vienodą milijonų elementų kokybę ir ilgaamžiškumą – jau kitas. Būtent šis perėjimas į masinę gamybą dažnai lemia, ar mokslinis atradimas pasiekia kasdienes technologijas.

Lietuvai ši kryptis aktuali per augančius duomenų apdorojimo poreikius ir energetikos kainą. Plėtojant vietinę skaičiavimo infrastruktūrą vis svarbiau, kiek elektros sunaudoja vienas apdorotas duomenų vienetas. Vis dėlto dabartinės duomenų centrų investicijos daugiausia remiasi rinkoje esančiais lustais, todėl ši nauja medžiaga jų išlaidų rytoj tiesiogiai nepakeis.

Laboratorinis proveržis dar nėra naujas procesorius

Darbas įdomus tuo, kad pašalinta fundamentali kliūtis, ilgą laiką trukdžiusi taikyti daugiaferoines medžiagas itin mažose struktūrose. Tai sukuria pagrindą tolimesniems bandymams su atminties elementais ir skaičiavimo grandinėmis. Mokslininkai taip pat turės patikrinti, kaip medžiaga reaguoja į dažną perjungimą, aukštesnę temperatūrą ir realias prietaiso apkrovas.

Apie didelių skaičiavimo centrų poreikį Lietuvoje jau rašėme nagrinėdami „LitAI“ infrastruktūros planus. Nauja medžiagotyros kryptis parodo kitą šių investicijų pusę: ilgalaikę DI ekonomiją gali pakeisti ne vien naujas modelis ar galingesnis lustas, bet ir atomų masteliu suvaldytas fizikinis efektas.

Medžiagų tyrimuose dažnai tenka pasirinkti tarp gerų savybių ir galimybės pagaminti pakankamai ploną sluoksnį. Šiame darbe abu tikslai sujungti, tačiau komerciniam pritaikymui dar būtina pasiekti didelių plotų vienodumą ir suderinamumą su egzistuojančiais litografijos procesais. Jeigu naujas sluoksnis veikia tik mažame laboratoriniame mėginyje, jo pranašumas gali išnykti sudėtingos gamybos sąnaudose. Todėl tolesni bandymai bus ne mažiau svarbūs už patį šios savaitės atradimą.

Ypač svarbi ilgaamžiškumo problema. Atminties ar logikos elementas privalo persijungti daug kartų neprarasdamas savybių ir veikti šalia milijonų kitų elementų. Tam reikia ne tik tinkamų elektrinių bei magnetinių rodiklių, bet ir šiluminio stabilumo. Tyrėjams įrodžius tokias savybes, atsirastų pagrindas vertinti realų energijos sutaupymą lusto lygiu, o tik vėliau – viso kompiuterio ar duomenų centro mastu.

Vienas kitas klausimas – tokių medžiagų gamybai reikalingų žaliavų kaina ir tiekimo saugumas. Net labai taupus elektronikos elementas nebus plačiai naudojamas, jei jo gamybai reikės sunkiai gaunamų sudedamųjų dalių arba neįprastai brangios įrangos. Būsimi tyrimai turėtų vertinti ne tik sunaudojamą elektros kiekį, bet ir visą gaminio gyvavimo ciklą, nuo žaliavų iki atliekų tvarkymo.