英特爾或將在下一代微處理器中采用新型量子材料

　　英特爾的研究人員可能已經(jīng)研制出了一種能夠取代幾十年來(lái)微處理器、存儲芯片和其他邏輯電路一直使用的技術(shù)的替代品。

　　這項研究很重要，因為基于互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)技術(shù)的芯片已經(jīng)接近其潛力的頂峰。 CMOS芯片是建立在通過(guò)由絕緣柵極控制可切換的半導體電導彼此連接的晶體管基礎之上的。

　　自20世紀60年代以來(lái)，這項技術(shù)一直為行業(yè)提供良好的性能，但近年來(lái)也成為一個(gè)限制因素。這項技術(shù)的小型化——為了將更多的晶體管封裝到電路板上并提高其計算能力——正在變得越來(lái)越困難。

　　因此，為了打造更強大的微處理器，英特爾正致力于利用新的量子材料彌補CMOS的不足。英特爾研究人員稱(chēng)，一種名為“可擴展的節能型電動(dòng)旋轉軌道邏輯”技術(shù)可能就是這個(gè)問(wèn)題的答案。

　　與CMOS相比，這種所謂的MESO技術(shù)有可能將微芯片的電壓降低到CMOS的五分之一，當結合“超低睡眠狀態(tài)功率”的時(shí)候，能效可以提高10到30倍。

　　英特爾研究人員在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中這樣寫(xiě)道：“我們正在尋找革命性的、而不是進(jìn)化性的、超越了CMOS時(shí)代的計算方法。MESO是圍繞低壓互連和低壓磁電機構建的，將量子材料創(chuàng )新與計算結合在一起。我們對我們取得的進(jìn)展感到非常興奮，期待著(zhù)未來(lái)能夠展示進(jìn)一步降低電壓的潛力?！?/p>

　　英特爾研究人員已經(jīng)使用由加州大學(xué)伯克利分校Ramamoorthy Ramesh和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室開(kāi)發(fā)的巨型電子和量子材料構建了MESO原型設備。

　　更具體地說(shuō)，MESO在室溫下使用所謂的多鐵材料，產(chǎn)生“自旋 - 軌道轉換效應”。該材料是磁性的——也就是原子全部對齊，如同常見(jiàn)的永久性磁鐵——和鐵磁性的，這兩種狀態(tài)是耦合在一起的，這意味著(zhù)如果你改變其中一個(gè)，也要改變另一個(gè)。

　　研究人員表示：“在MESO設備中，電場(chǎng)會(huì )改變或翻轉整個(gè)材料中的偶極子電場(chǎng)，這會(huì )改變或翻轉產(chǎn)生磁場(chǎng)的電子自旋，”研究人員說(shuō)。

　　圖注：多鐵性材料鉍-鐵-氧化物的單晶。鉍原子(藍色)在立方體的每個(gè)面上形成具有氧原子(黃色)的立方晶格，并且在中心附近形成鐵原子(灰色)。稍微偏離中心的鐵與氧相互作用以形成電偶極子(P)，耦合到原子(M)的磁自旋，從而翻轉電場(chǎng)(E)偶極子也會(huì )讓磁矩發(fā)生翻轉。該材料中原子集體磁自旋對二進(jìn)制位0和1進(jìn)行編碼，從而可進(jìn)行信息存儲和邏輯運算。

　　Constellation Research分析師Holger Mueller表示，英特爾的研究令人鼓舞，因為這對于不斷打破微處理器發(fā)展障礙、滿(mǎn)足下一代應用工作負載需求來(lái)說(shuō)是十分必要的。

　　Mueller說(shuō)：“通過(guò)MESO，英特爾向前邁出了關(guān)鍵一步，讓多狀態(tài)鐵材料幫助打造更高效的計算平臺。這是一個(gè)充滿(mǎn)希望的開(kāi)端，現在這項新技術(shù)必須在實(shí)際應用得到檢驗?！?/p>

　　然而，這可能還有很長(cháng)一段路要走。盡管MESO原型設備顯示出了具有前景的結果，但Ramesh表示，該技術(shù)仍處于初期階段，還需要進(jìn)行更多研究，實(shí)際設備仍有可能至少需要十年時(shí)間。

　　Ramesh說(shuō)：“還有很多工作要做。今天的電腦電壓是3伏。Nature論文中提到的這個(gè)設備電壓達到了100毫伏。我們需要更好地去理解物理學(xué)?！?/p>