ทีมวิจัยในสหรัฐฯ เปิดตัวชิปใหม่ M3BOLT สามารถเพิ่มความเร็วคอมพิวเตอร์ได้ถึง 1,000 เท่า

ทีมวิจัยในสหรัฐฯ ได้ประกาศเปิดตัวทรานซิสเตอร์ใหม่ที่สามารถเพิ่มความเร็วคอมพิวเตอร์ได้สูงสุดถึง 1,000 เท่า และมีประสิทธิภาพด้านพลังงานที่ดียิ่งขึ้น ชิปที่มีชื่อว่า M3BOLT ใช้คลื่นแม่เหล็กและคลื่นเสียงในการประมวลผลข้อมูล แทนที่จะพึ่งพาทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิม โครงการนี้พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน (University of Michigan, U-M) และมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน (University of Wisconsin-Madison) และได้รับเงินสนับสนุนสูงถึง 6 ล้านดอลลาร์ (ประมาณ HK$4,680,000) จากหน่วยงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านการป้องกันประเทศของสหรัฐฯ (DARPA)

ทีมวิจัยเชื่อว่าเทคโนโลยีนี้จะช่วยเพิ่มความเร็วของคอมพิวเตอร์ได้ 100 ถึง 1,000 เท่า ตามคำกล่าวของนักวิจัย มันยังสามารถเอาชนะข้อจำกัดของทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมและลดการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญ โครงการนี้มีผู้รับผิดชอบคือรองศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์ PhD จากมหาวิทยาลัยมิชิแกน กล่าวว่า "ความสามารถในการใช้และประมวลผลข้อมูลสามารถขยายได้อย่างมาก"

โปรเซสเซอร์คอมพิวเตอร์มีทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัว ซึ่งทรานซิสเตอร์เหล่านี้จะเปิด-ปิดอย่างรวดเร็วเพื่อประมวลผลข้อมูลและดำเนินการคำสั่ง ผู้ผลิตใช้เวลาหลายสิบปีในการลดขนาดทรานซิสเตอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของคอมพิวเตอร์และลดการใช้พลังงาน อย่างไรก็ตาม เมื่อทรานซิสเตอร์มีขนาดเล็กลง ประสิทธิภาพกลับลดลง เนื่องจากอิเล็กตรอนสามารถไหลผ่านได้แม้ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ปิดอยู่ ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงาน ตามคำกล่าวของทีมวิจัย ทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมอาจถึงขีดจำกัดประสิทธิภาพพลังงานทางทฤษฎีในปี 2037

การออกแบบและฟังก์ชันของชิป M3BOLT

เพื่อเอาชนะความท้าทายนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ออกแบบ M3BOLT โดยใช้ผลึกเฟอโรอิเล็กทริกที่เรียกว่า PMN-PT ร่วมกับชั้นของโลหะผสมแม่เหล็กกัลเลียม เมื่อมีการใช้สนามไฟฟ้า ทิศทางของประจุไฟฟ้าในผลึกจะเปลี่ยนแปลง ซึ่งจะส่งผลต่อแม่เหล็กของชั้นกัลเลียมและสร้างคลื่นที่เรียกว่าคลื่นแม่เหล็กกระตุ้น คลื่นเหล่านี้สามารถแพร่กระจายในวัสดุได้โดยมีแรงต้านทานน้อยมาก ลดการสูญเสียพลังงานความร้อน เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กสามารถเข้าถึงความถี่เทอเฮิร์ซ ทำให้คอมพิวเตอร์สามารถประมวลผลข้อมูลได้ด้วยความเร็วหลายร้อยเท่าของโปรเซสเซอร์ระดับผู้บริโภคในปัจจุบัน

ไม่เพียงเท่านั้น อุปกรณ์นี้ยังสามารถทำการประมวลผลและเก็บข้อมูลได้ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นักวิจัยจำเป็นต้องเปลี่ยนทิศทางแม่เหล็กของชั้นกัลเลียม โดยการสลับระหว่างคลื่นเสียงแม่เหล็กและไม่แม่เหล็ก สถานะทั้งสองนี้สามารถทำหน้าที่เป็นสถานะ 1 และ 0 แทนระดับแรงดันไฟฟ้าสองระดับในทรานซิสเตอร์ในปัจจุบัน ที่น่าสังเกตคือ แม้ในขณะที่ปิดแหล่งจ่ายไฟ ทิศทางแม่เหล็กยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่าวัสดุเดียวกันมีศักยภาพในการประมวลผลข้อมูลและเก็บข้อมูลโดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง

ศักยภาพของคอมพิวเตอร์ในอนาคต

ฟิล์มโลหะผสมกัลเลียมที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีการเคลือบด้วยเลเซอร์ช่วยประหยัดพลังงานและลดการส่งข้อมูล "อุปกรณ์อัตโนมัติหรือเคลื่อนที่สามารถพกพาคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นได้โดยไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟขนาดใหญ่" Heron กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์ ทีมจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสันจะใช้การจำลองคอมพิวเตอร์ในการศึกษาประสิทธิภาพของชิปและระบุข้อบกพร่องของวัสดุ ในขณะเดียวกัน ทีมจากมหาวิทยาลัยมิชิแกนจะพัฒนาวัสดุ อุปกรณ์ และวงจรต่อไป เพื่อให้เทคโนโลยีนี้ทำงานในคอมพิวเตอร์จริง ศาสตราจารย์วิศวกรรมจากมหาวิทยาลัยมิชิแกน Wei LU กล่าวว่าทีมงานกำลังมุ่งเน้นไปที่อุปกรณ์ที่ใช้พลังงานต่ำ

"แต่ลองจินตนาการดูว่าซักวันหนึ่งเราสามารถสร้างซูเปอร์คอมพิวเตอร์ด้วยมันได้" Wei กล่าวในตอนท้าย "คุณอาจไม่ต้องการโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อทำงานในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่"