英特爾的研究人員可能已經(jīng)研制出了一種能夠取代幾十年來微處理器、存儲芯片和其他邏輯電路一直使用的技術(shù)的替代品。

這項(xiàng)研究很重要，因?yàn)榛诨パa(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體（Complementary Metal－Oxide Semiconductor，CMOS）技術(shù)的芯片已經(jīng)接近其潛力的頂峰。 CMOS芯片是建立在通過由絕緣柵極控制可切換的半導(dǎo)體電導(dǎo)彼此連接的晶體管基礎(chǔ)之上的。

自20世紀(jì)60年代以來，這項(xiàng)技術(shù)一直為行業(yè)提供良好的性能，但近年來也成為一個限制因素。這項(xiàng)技術(shù)的小型化——為了將更多的晶體管封裝到電路板上并提高其計算能力——正在變得越來越困難。

因此，為了打造更強(qiáng)大的微處理器，英特爾正致力于利用新的量子材料彌補(bǔ)CMOS的不足。英特爾研究人員稱，一種名為“可擴(kuò)展的節(jié)能型電動旋轉(zhuǎn)軌道邏輯”技術(shù)可能就是這個問題的答案。

與CMOS相比，這種所謂的MESO技術(shù)有可能將微芯片的電壓降低到CMOS的五分之一，當(dāng)結(jié)合“超低睡眠狀態(tài)功率”的時候，能效可以提高10到30倍。

英特爾研究人員在《自然》雜志上發(fā)表的一篇論文中這樣寫道：“我們正在尋找革命性的、而不是進(jìn)化性的、超越了CMOS時代的計算方法。MESO是圍繞低壓互連和低壓磁電機(jī)構(gòu)建的，將量子材料創(chuàng)新與計算結(jié)合在一起。我們對我們?nèi)〉玫倪M(jìn)展感到非常興奮，期待著未來能夠展示進(jìn)一步降低電壓的潛力。”

英特爾研究人員已經(jīng)使用由加州大學(xué)伯克利分校Ramamoorthy Ramesh和勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的巨型電子和量子材料構(gòu)建了MESO原型設(shè)備。

更具體地說，MESO在室溫下使用所謂的多鐵材料，產(chǎn)生“自旋 － 軌道轉(zhuǎn)換效應(yīng)”。該材料是磁性的——也就是原子全部對齊，如同常見的永久性磁鐵——和鐵磁性的，這兩種狀態(tài)是耦合在一起的，這意味著如果你改變其中一個，也要改變另一個。

研究人員表示：“在MESO設(shè)備中，電場會改變或翻轉(zhuǎn)整個材料中的偶極子電場，這會改變或翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場的電子自旋，”研究人員說。

圖注：多鐵性材料鉍－鐵－氧化物的單晶。鉍原子（藍(lán)色）在立方體的每個面上形成具有氧原子（黃色）的立方晶格，并且在中心附近形成鐵原子（灰色）。稍微偏離中心的鐵與氧相互作用以形成電偶極子（P），耦合到原子（M）的磁自旋，從而翻轉(zhuǎn)電場（E）偶極子也會讓磁矩發(fā)生翻轉(zhuǎn)。該材料中原子集體磁自旋對二進(jìn)制位0和1進(jìn)行編碼，從而可進(jìn)行信息存儲和邏輯運(yùn)算。

Constellation Research分析師Holger Mueller表示，英特爾的研究令人鼓舞，因?yàn)檫@對于不斷打破微處理器發(fā)展障礙、滿足下一代應(yīng)用工作負(fù)載需求來說是十分必要的。

Mueller說：“通過MESO，英特爾向前邁出了關(guān)鍵一步，讓多狀態(tài)鐵材料幫助打造更高效的計算平臺。這是一個充滿希望的開端，現(xiàn)在這項(xiàng)新技術(shù)必須在實(shí)際應(yīng)用得到檢驗(yàn)?！?/span>

然而，這可能還有很長一段路要走。盡管MESO原型設(shè)備顯示出了具有前景的結(jié)果，但Ramesh表示，該技術(shù)仍處于初期階段，還需要進(jìn)行更多研究，實(shí)際設(shè)備仍有可能至少需要十年時間。

Ramesh說：“還有很多工作要做。今天的電腦電壓是3伏。Nature論文中提到的這個設(shè)備電壓達(dá)到了100毫伏。我們需要更好地去理解物理學(xué)?！?/span>