Tietokoneet yleensä tallentavat ja käsittelevät tietoja erillään. Mutta nyt ETH Zürichin ja Paul Scherrer -instituutin tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, joka sallii loogisten toimintojen suorittamisen suoraan muistielementin sisällä.
ETHZ:n tutkijat muistuttavat, että jokainen, joka on koskaan vahingossa vetänyt pöytätietokoneen pistokkeen, muistaa tuskallisen hetken, kun he huomaavat kaikkien tallentamattomien tietojen kadonneen ikuisesti. Tämä johtuu siitä, että tietokoneet erottavat selvästi laskennan ja tiedon tallennuksen tehtävät.
Kaikki tiedot, joita tietokone tällä hetkellä käyttää, on tallennettu päämuistiin, jonka toiminta riippuu virran ohjaamista transistoreista. Tämä tarkoittaa, että päämuisti on “haihtuva”: heti kun virta katoaa, niin katoavat myös siinä olevat tiedot. Pietro Gambardellan ja Laura Heydermanin johdolla tutkijaryhmä ETH Zürichistä ja Paul Scherrer -instituutista toivoo nyt mullistavansa tämn kaiken.
Tutkijoiden tavoitteena on rakentaa nopea, haihtumaton muistijärjestelmä, joka pystyy myös suorittamaan loogisia toimintoja tiedoille, kuten EI, TAI ja JA. He saavuttivat äskettäin tärkeän virstanpylvään tuolla matkalla. Löydökset on esitelty Nature-lehden artikkelissa.
Tutkijat ovat työskennelleet magneettisen tallennusuria käyttävän muistin kehittämisen parissa vuosina. Tämä uudentyyppinen muisti on paljon nopeampaa kuin perinteiset kiintolevyasemat, joissa luku / kirjoituspää on siirrettävä tietylle levypinnan alueelle mekaanisin keinoin. Sen sijaan magneettisella levyllä olevat muistielementit toimivat käyttämällä pulsseja pienten magneettialueiden tai sektoreiden siirtämiseen ylös ja alas nanojohtimilla, jotka ovat vain muutaman sadan nanometrin paksuisia. Näissä alueissa kaikki magneettiset momentit on suunnattu samaan suuntaan ja niitä voidaan siten käyttää edustamaan binääritilaa 0 ja 1.
- Se mitä olemme onnistuneet tekemään nyt, on suorittaa loogisia toimintoja suoraan tällaisen muistielementin sisällä, sanoo projektin eteenpäin vetänyt tohtoriopiskelija Zhaochu Luo (kuvassa). Tietokoneet käyttävät loogisia toimintoja tietojen käsittelemiseen. Esimerkiksi looginen operaattori EI kääntää bittiä kääntämällä arvon 0:sta ykköseen tai päinvastoin. Normaalisti tämä toimenpide suoritetaan päämuistissa, kun tietoja luetaan ja kirjoitetaan uudelleen magneettiselle kiintolevylle, mutta niitä ei käsitellä suoraan siellä.
Tutkija Pietro Gambardellan mukaan uudessa muistissa käytetään sähkövirtaa magneettialueiden napaisuuden kääntämiseen. Näin suoritetaan EI-toiminto tallennetuille tiedoille. – Tämä erikoinen ilmiä tapahtuu, kun kerrostamme magneettista kobolttikalvoa platinakerrokseen. Vuorovaikutuksen seurauksena magneettiset momentit eivät ole yhdensuuntaisia eivätkä samansuuntaisia, kuten normaalisti. Sen sijaan platinakerroksen läsnäolon vuoksi vuorovaikutus saa vierekkäisten sektoreiden magneettiset momentit kohdistumaan kohtisuoraan toisiinsa nähden, Gambardella sanoo.
Sähköisen pulssin johtaminen platinakerroksen läpi saa virtaavat elektronit muuttamaan vähitellen magneettisen kobolttikerroksen atomisten ”kompassineulojen” napaisuutta. Tämä siirtää magnetoinnissa koodattua tietoa ja luo liikkuvan magneettisen alueen. Tämä vastaa tarkalleen loogista EI-operaatiota.
Tällaisia operaatioita yhdistämällä voidaan muistissa toteuttaa myös muita loogisia toimintoja, kuten AND, OR ja NAND. Mutta toisin kuin tavanomaisissa puolijohteisiin perustuvissa piireissä, joissa kukin transistori vaatii omaa virtalähdettä, uusille muistipiireille on annettava virta vain tulossa ja ulostulossa.
Tutkijoiden mukaan uutta ”muistiprosessoria” tullaan ensiksi käyttämään pienen laskentatehon mikroprosessoreissa. Tällaisia tarvitaan esimerkiksi IoT-laitteissa, jossa erilaiset laitteet ja anturit kommunikoivat keskenään suoraan. Tällaisissa laitteissa olevien tietokoneiden on oltava aina ”välittömästi päällä” mahdollisimman alhaisella energiankulutuksella.
Saksalaislähtöinen Ubitium on kehittänyt innovatiivisen prosessoriarkkitehtuurin, joka yhdistää eri suorittimien (CPU, GPU, DSP, FPGA) toiminnot yhteen siruun. Yrityksen mukaan tämä uusi RISC-V-arkkitehtuuriin perustuva ratkaisu mullistaa yli 50 vuotta vanhan suorittimien suunnittelun.
Moni uusi sähköauton omistaja kokee toimintasädeahdistusta. Tätä ongelmaa autonvalmistajat voivat helpottaa siirtymällä piipohjaista IGBT-piireissä piikarbidiopohjaisiin siruihin. auton vetoinvertterissä.
