Комп'ютери в 1000 разів швидші за існуючі – реальність?

Швидші, менші, екологічніші комп'ютери здатні обробляти інформацію до 1000 разів швидше, ніж наявні на сьогодні моделі. Вони можуть бути побудовані з використанням матеріалів, які мають здатність перемикатися між різними електричними станами. Такі матеріали пропонується використовувати замість базового на даному етапі розвитку техніки кремнію.

Теперішні розміри, швидкість і обмеження комп'ютерних процесорів та пам'яті можуть бути подолані шляхом заміни кремнію так званими «фазо-змінними матеріалами» (phase-change materials' - PCMs). Вони здатні перемикатися між двома структурними фазами з різними електричними станами: кристалічним (який забезпечує провідність) та склоподібним (який виконує ізолюючу роль). При цьому на таке перемикання станів витрачаються мільярдні долі секунди.

Моделювання та випробування пристроїв побудованих на основі PCM-матеріалів показали, що операції логічної обробки можуть виконуватись в енергонезалежних осередках пам'яті за допомогою конкретних поєднань ультра-коротких імпульсів напруги, що неможливо в пристроях на основі кремнію.

Ефект від застосування PCM-матеріалів очікується в збільшенні швидкості обробки інформації від 500 до 1000 разів порівняно з існуючими сьогодні середньостатистичними портативними комп'ютерами. При цьому спостерігатиметься значне скорочення кількості споживаної пристроєм електроенергії.

Вченими Кембриджського університету, Сінгапурського інституту збереження даних A*STAR та Сінгапурського університету технології та дизайну були розроблені PCM-процесори на базі халькогенідного скла. Цей матеріал може бути розплавлений та рекрісталізований за менш як половину наносекунди (мільярдна доля секунди).

Сьогодні для роботи більшості комп'ютерів, мобільних телефонів та планшетів використовуються логічні пристрої побудовані на основі кремнію. Це саме стосується й модулів пам’яті. На думку професора Стівена Елліота, у зв’язку з існуючою тенденцією до збільшення потужностей комп’ютерів, досить швидко буде досягнуто межі можливостей кремнію як основи сучасних обчислювальних пристроїв.

Як діяти далі? На даний час, в переважній більшості випадків, для збільшення потужності комп'ютерів використовували метод збільшення кількості логічних пристроїв, які вони містять. Та такий процес не може тривати до нескінченності. Будь-який пристрій чи елемент має свій фізичний розмір, і рано чи пізно ми зіткнемось з тим, що потужність пристрою буде прямо пропорційна його розмірам.

Сучасні найменші логічні елементи пристрою на основі кремнію мають розмір близько 20 нанометрів. Це приблизно в 4000 разів тонше ніж людська волосина. Аналогічні PCM-пристрої можуть бути побудовані з дотриманням розміру всього в 2 нанометри.

Порівняльна таблиця розмірів об'єктів в нанометрах приведена нижче.

Варто зазначити, що PCM-матеріали не нові. Вони відомі людству з 60-х років 20-го століття. Спочатку вони використовувались в пристроях оптичної пам’яті – це відомі всім перезаписувані CD та DVD-диски. Сьогодні деякі виробники смартфонів починають використовувати дані технології в своїх пристроях для заміни флеш-пам'яті на основі кремнію.