محققان برای اولین بار توانستند نمونه‌ای از یک تراشه کاملاً جدید تولید نمایند که بر خلاف ترانزیستورهای الکتریکی، مبتنی بر ترانزیستورهای مغناطیسی می‌باشد. در حالی که میکروتراشه‌های مبتنی بر ترانزیستور به مرزهای محدودکننده قانون مور رسیده‌اند، گروهی از مهندسان برق در دانشگاه Notre Dame تراشه‌ای ساخته‌اند که برای نمایش دادن یک و صفر در کدهای باینری از جزیره‌های نانومقیاس مغناطیسی استفاده می‌کند.
Wolfgang Porod  و همکارانش جهت تولید یک تراشه جدید، که از آرایه‌ای از محدوده‌های مغناطیسی جدا از هم بهره می‌برد، به فرآیند الگودهی مغناطیسی روی آورده‌اند. هر جزیره میدان مغناطیسی خود را حفظ می‌کند.
چون این تراشه هیچ سیمی ندارد، در نهایت می‌توان به ابزارهایی دست یافت که دانسیته و قدرت فرآیند بسیار بالاتری نسبت به تراشه‌های ترانزیستوری امروزی دارند. چون مصرف انرژی این ابزارها پایین خواهد بود، پس گرمای کمتری تولید کرده و منجر به تولید سخت‌افزارهای قابل حملی همچون لپ‌تاپ‌ها خواهند شد که خنک‌تر می‌باشند.

رایانه‌هایی که از تراشه‌های مغناطیسی استفاده می‌کنند، تقریباً بلافاصله روشن می‌شوند. حافظه‌های مبتنی بر این تراشه‌ها پایدار بوده و نسبت به نوسانات یا قطع جریان برق حساس نیستند و زمانی که برق قطع شود، داده‌های خود را حفظ می‌کنند.
معماری مغناطیسی این تراشه به نحوی است که می‌توانند برنامه‌ریزی شوند و این قابلیت می‌تواند برای سازندگان ابزارهای محاسباتی با هدف خاص، همچون بازی‌های رایانه‌ای یا ابزارهای تشخیص پزشکی، بسیار مفید باشد.
Porod استاد مهندسی برق دانشگاه Notre Dameمی‌گوید: «اهمیت الگودهی مغناطیسی در ابزارهای ذخیره اطلاعات ،همانند درایوهای سخت، از مدتها پیش شناخته شده است. چیزی که در این کار منحصر به فرد است این است که ما توانستیم از این الگودهی برای انجام واقعی محاسبات استفاده کنیم».
نانومغناطیس‌های این تراشه با عرض حدود 110 نانومتر می‌نوانند به صورت آرایه‌هایی کنار هم جمع شده و علاوه بر امکان ذخیره اطلاعات، نقش دروازه‌های منطقی ترانزیستورها را ایفا نمایند. این دروازه‌های منطقی واحدهای ساختمانی فناوری رایانه را تشکیل داده و به میکروتراشه‌ها امکان پردازش انبوهی از کدهای باینری را می‌دهند.
به عنوان مثال دروازه منطقی NAND دو ورودی را گرفته و آنها را به یک خروجی تبدیل می‌کند. اگر هرد ورودی یک باشند، خروجی به دست‌آمده صفر است. اگر یکی از ورودی‌ها یا هر دوی آنها صفر باشد، خروجی حاصل، یک است.
Porod و همکارانش تراشه جدید خود را با یک دروازه منطقی جهانی (ترکیبی از دروازه‌های NAND و NOR) مجهز نمودند. این دو دروازه در کنار هم، تمامی اعمال اساسی ریاضی را که در تمامی رایانه‌ها وجود دارد، انجام می‌دهند.
ابزارهای جالب پردازش بدون ترانزیستور، که به نام «ماشین‌های سلولی کوانتومی مغناطیسی» شناخته می‌شوند، در ابتدا از الکترونهای مجزایی با عنوان نقاط کوانتومی که در زمینه‌ای از سلول‌ها قرار گرفته و اعمال منطقی را انجام می‌دادند، بهره می‌بردند. اما مغناطیس‌های نانومقیاس نشان داده‌اند که جایگزین‌های بسیار بهتری هستند، چرا که در این مغناطیس‌ها انحراف بار الکتریکی روی نداده و ساخت آنها نیز آسان‌تر است.

Porod می‌گوید: «این مغناطیس‌ها از آلیاژ فرومغناطیس نیکل/آهن ساخته شده‌اند. ما لایه نازکی از این آلیاژ را از طریق فاز بخار بر روی بستری از سیلیکون نشانده و سپس توسط لیتوگرافی اشعه الکترونی بر روی آن الگویی از جزیره‌ها را به وجود آوردیم».
اعمال منطقی درون پردازشگر با اعمال یک میدان مغناطیسی پالسی بر روی مغناطیس ورودی آغاز می‌شود، که این میدان مغناطیسی پالسی جهت‌گیری میدان مغناطیسی ورودی را تغییر می‌دهد. این امر باعث ایجاد یک اثر آبشاری در طول آرایه شده و جاذبه و دافعه مغناطیسی باعث می‌شود که میدان‌های مغناطیسی مجاور تغییر کنند.
Porod می‌گوید: «برای خواندن اطلاعات خروجی از یک پروب پیمایشگر استفاده نمودیم تا بتواند نوع مغناطیس خروجی را تشخیص دهد. حالت ایده‌آل در آینده این است که بتوانیم با یک جریان الکتریکی ورودی و خروجی را به دست آوریم».
با وجودی که فناوری‌های موجود از میدان‌های مغنناطیس برای ذخیره اطلاعات روی تراشه‌هایی با عنوان MRAM استفاده می‌کنند، برای اولین بار است که تراشه‌ای ساخته شده است که علاوه بر ذخیره داده‌های دیجیتالی، می‌تواند آنها را پردازش نماید».
توانایی تراشه‌هایی که با مغناطیس‌های نانومقیاس کار می‌کنند، اولین بار 5 سال پیش در کالج سلطنتی انگلستان مورد توجه قرار گرفت. Russel Cowborn  استاد فناوری نانو و همکارانش مشاهده نمودند که مغناطیس‌ها می‌توانند از طریق برهمکنش میدان‌هایشان با همدیگر، داده‌ها را مبادله نمایند.
پیشرفت‌های تکنولوژیکی که در دانشگاه Notre Dame روی داد، موجب دلگرم شدن Cowbornگردید. او می‌گوید: «مطلب واقعاً جالب این است که شما می‌توانید تمام توابع Boolean را بدون استفاده از حتی یک ترانزیستور انجام دهید».
این تراشه‌ها همچنین خصوصیات جالبی دارند که آنها را برای استفاده در سخت‌افزارهای فضایی ایده‌ال می‌سازند. Cowborn می‌گوید: «شما نمی‌توانید از DRAM در فضا استفاده کنید، چرا که محیط اطراف را تحمل نمی‌کند. فناوری مغناطیسی در مقابل تشعشع مقاوم است و پیشرفت قابل توجهی در زمینه سخت‌افزارهای فضایی ایجاد خواهد کرد».

منبع: شبکه آزمایشگاه های نانو ایران

 

نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 14 بهمن 1389    | توسط: مهدی -    |    |
نظرات()