美國研究團隊推出新型晶片 M3BOLT 可提升計算機速度至 1,000 倍

美國一組研究團隊最近公佈了一種新型晶體管，能使計算機速度提升至最高 1,000 倍，並且更具能源效率。這款名為 M3BOLT 的晶片，使用磁波與聲波來處理資訊，而非依賴傳統的晶體管開關。該項目由密歇根大學（University of Michigan, U-M）及威斯康辛大學麥迪遜分校（University of Wisconsin-Madison）的科學家研發，並獲得了高達 600 萬美元（約 HK$4,680,000）的資助，來自美國國防高級研究計劃局（DARPA）。

研究團隊相信，這項技術將使計算機的速度提升 100 至 1,000 倍。根據研究人員的說法，它還能克服傳統晶體管的限制，顯著降低能源消耗。項目負責人、密歇根大學材料科學副教授 PhD 透露：「利用和處理資訊的能力可以大幅擴展。」

計算機處理器擁有數十億個晶體管，這些晶體管快速開關以處理數據及執行指令。生產商花費數十年時間縮小晶體管尺寸，以提升計算機性能並降低能源消耗。然而，隨著晶體管越來越小，其效率卻逐漸降低。這是因為電子即使在晶體管關閉時也能通過，造成能源浪費。根據團隊的說法，傳統晶體管可能在 2037 年達到其理論上的能源效率極限。

M3BOLT晶片的設計與功能

為了克服這一挑戰，科學家們設計了 M3BOLT，使用了一種名為鉛鎂鈮酸鈣鉛鈦酸鹽（PMN-PT）的鐵電晶體，並搭配一層薄薄的磁性鐵鎵合金。當施加電場時，晶體的內部電性取向會改變，這一變化進而影響鐵鎵層的磁性，並產生名為磁激波的波。這些波能在材料中以極少的阻力傳播，減少熱能損失。由於磁波能達到太赫茲頻率，使得計算機能以數百倍於當前消費級吉赫茲處理器的速度處理資訊。

不僅如此，這款裝置還能進行資訊的處理和存儲。為了實現這一目標，研究人員需要改變鐵鎵層的磁性取向，切換磁性和非磁性聲波。這兩種狀態可作為 1 和 0 的狀態，替代當前晶體管中的兩個電壓級別。值得注意的是，即使在關閉電源後，磁性取向仍會保持不變。這意味著同一材料有潛力在不需要持續電源供應的情況下，處理資訊並保留存儲數據。

未來計算機的潛力

透過鐳射脈衝沉積技術製作的薄膜鐵鎵合金，有助於節省能源，減少數據傳輸。「自動化或移動設備可以在不需要大型電源的情況下攜帶更強大的計算機。」Heron 在一份新聞稿中表示。威斯康辛大學麥迪遜分校的團隊將利用計算機模擬研究晶片性能，並識別潛在的材料缺陷。同時，密歇根大學的團隊將繼續開發材料、裝置及電路，以使該技術在實際計算機中運作。密歇根大學的工程教授 Wei LU 表示，團隊目前專注於低功耗應用的裝置。

「但想像一下，總有一天我們可以用它們建造超級計算機。」Wei 結尾時指出，「您可能不需要核電廠來運行大型數據中心。」

項目	規格
晶體材料	鉛鎂鈮酸鈣鉛鈦酸鹽（PMN-PT）
磁性材料	鐵鎵合金
頻率範圍	太赫茲

M3BOLT技術的革命性潛力

M3BOLT晶片的推出標誌著計算技術的一次重大突破，因為它不僅提升了速度，還有效降低了能源消耗。隨著傳統晶體管面臨效率極限，這項新技術提供了一個可行的替代方案，可能改變計算機的設計與運作方式。透過磁波與聲波的創新應用，未來的計算機將能在更小的能量消耗下，實現更高的運算能力，這對於移動設備及大型數據中心的發展尤為重要。