فريق بحث أمريكي يطلق شريحة جديدة M3BOLT يمكن أن تزيد من سرعة الحواسيب حتى 1,000 مرة

أعلن فريق بحث أمريكي مؤخرًا عن شريحة ترانزستور جديدة يمكن أن تزيد من سرعة الحواسيب حتى 1,000 مرة، بالإضافة إلى كونها أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة. الشريحة المسماة M3BOLT تستخدم الموجات المغناطيسية والصوتية لمعالجة المعلومات بدلاً من الاعتماد على مفاتيح الترانزستور التقليدية. تم تطوير هذا المشروع من قبل جامعة ميتشيغان (University of Michigan, U-M) وجامعة ويسكونسن-ماديسون (University of Wisconsin-Madison)، وقد حصل على تمويل يصل إلى 6 ملايين دولار (حوالي HK$4,680,000) من وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة الدفاعية الأمريكية (DARPA).

يعتقد فريق البحث أن هذه التقنية ستزيد من سرعة الحواسيب بمعدل يتراوح بين 100 إلى 1,000 مرة. وفقًا للباحثين، يمكنها أيضًا التغلب على قيود الترانزستورات التقليدية وتقليل استهلاك الطاقة بشكل كبير. كشف قائد المشروع، الأستاذ المساعد في علوم المواد بجامعة ميتشيغان، PhD، أن "القدرة على استخدام ومعالجة المعلومات يمكن أن تتوسع بشكل كبير."

تحتوي معالجات الحواسيب على مليارات من الترانزستورات، والتي تتبدل بسرعة لمعالجة البيانات وتنفيذ التعليمات. قضى المصنعون عقودًا في تقليل حجم الترانزستورات لزيادة أداء الحواسيب وتقليل استهلاك الطاقة. ومع ذلك، مع تصغير حجم الترانزستورات، بدأت كفاءتها في الانخفاض. وذلك لأن الإلكترونات يمكن أن تمر حتى عندما تكون الترانزستورات مغلقة، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة. وفقًا للفريق، قد تصل الترانزستورات التقليدية إلى الحد الأقصى من كفاءتها النظرية بحلول عام 2037.

تصميم ووظائف شريحة M3BOLT

للتغلب على هذا التحدي، قام العلماء بتصميم M3BOLT، باستخدام بلورة من مادة كربونات الرصاص والمغنيسيوم (PMN-PT) مع طبقة رقيقة من سبيكة الحديد والغاليوم. عند تطبيق مجال كهربائي، يتغير الاتجاه الكهربائي داخل البلورة، مما يؤثر على مغناطيسية طبقة الغاليوم، وينتج موجات تُعرف بموجات التحفيز المغناطيسي. يمكن لهذه الموجات الانتقال في المادة مع مقاومة قليلة جدًا، مما يقلل من فقدان الطاقة الحرارية. نظرًا لأن الموجات المغناطيسية يمكن أن تصل إلى ترددات تيراهيرتز، يمكن للحواسيب معالجة المعلومات بسرعة تفوق مئات المرات سرعة المعالجات الحالية من فئة الجيجاهيرتز.

علاوة على ذلك، يمكن لهذا الجهاز معالجة وتخزين المعلومات. لتحقيق ذلك، يحتاج الباحثون إلى تغيير الاتجاه المغناطيسي لطبقة الغاليوم، بالتبديل بين الموجات الصوتية المغناطيسية وغير المغناطيسية. يمكن اعتبار هذين الحالتين كحالتين 1 و0، بدلاً من مستويي الجهد الموجودين في الترانزستورات الحالية. من الجدير بالذكر أنه حتى بعد إيقاف الطاقة، سيظل الاتجاه المغناطيسي ثابتًا. وهذا يعني أن نفس المادة لديها القدرة على معالجة المعلومات والاحتفاظ بالبيانات دون الحاجة إلى مصدر طاقة مستمر.

إمكانات الحواسيب المستقبلية

تساعد الأفلام الرقيقة من سبيكة الحديد والغاليوم التي تم إنتاجها باستخدام تقنية ترسيب نبضات الليزر في توفير الطاقة وتقليل نقل البيانات. قال هيرون في بيان صحفي: "يمكن للأجهزة الآلية أو المحمولة أن تحمل حواسيب أقوى دون الحاجة إلى مصادر طاقة كبيرة." سيستخدم فريق جامعة ويسكونسن-ماديسون محاكاة حاسوبية لدراسة أداء الشريحة وتحديد العيوب المحتملة في المواد. في الوقت نفسه، سيواصل فريق جامعة ميتشيغان تطوير المواد والأجهزة والدارات لجعل هذه التقنية تعمل في الحواسيب الفعلية. أشار أستاذ الهندسة في جامعة ميتشيغان، وي لو، إلى أن الفريق يركز حاليًا على الأجهزة ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة.

قال وي في ختام حديثه: "لكن تخيل أنه في يوم من الأيام يمكننا استخدامها لبناء حواسيب عملاقة." "قد لا تحتاج إلى محطة طاقة نووية لتشغيل مراكز البيانات الكبيرة."