ساخت رایانه‌های آینده با قدرت مگنون‌ها / پردازش اطلاعات بدون گرما با معجزه مغناطیس

با افزایش مصرف انرژی در قطعات الکترونیکی و تولید گرمای بیش‌ازحد، محققان در سراسر جهان به دنبال روش‌های نوین برای بهبود عملکرد رایانه‌ها هستند. یکی از رویکرد‌های جدید، جایگزینی جریان الکترون‌ها با سیگنال‌های مغناطیسی است، پدیده‌ای که با عنوان انتقال مگنون شناخته می‌شود.

پردازنده‌ای مبتنی بر امواج مغناطیسی

به گزارش ارس کام، در این راستا تیمی به سرپرستی آندری چومک در دانشگاه وین، نمونه‌ای اولیه از پردازنده‌ای را توسعه داده است که به جای پالس‌های الکترونیکی معمول، از تحریکات مغناطیسی استفاده می‌کند. این پردازنده، به جای حرکت الکترون‌ها در مدار‌های فلزی، از امواجی بهره می‌برد که بر اساس رفتار چرخشی (اسپین) الکترون‌ها در برخی مواد خاص ایجاد می‌شوند.

مزایای مدار‌های مگنونی

در مدار‌های سنتی، حرکت الکترون‌ها موجب اتلاف انرژی و تولید گرمای اضافی می‌شود. اما در مقابل، سیستم‌های مبتنی بر مگنون، امواجی را ایجاد می‌کنند که می‌توانند بدون نیاز به جریان‌های الکتریکی قوی، آزادانه حرکت کنند. به همین دلیل، این فناوری می‌تواند مصرف انرژی را کاهش داده و باعث کوچک‌تر شدن قطعات الکترونیکی شود.

کاربرد‌های نوین در پردازش داده‌ها

یکی از ویژگی‌های برجسته این پردازنده، توانایی آن در پردازش سیگنال‌های مختلف با حداقل قطعات اضافی است. این فناوری می‌تواند به‌عنوان فیلتر حذف باند فرکانسی یا دمولتی‌پلکسر عمل کند که برای تقسیم داده‌ها به مسیر‌های جداگانه به کار می‌رود.

این قابلیت‌ها برای سیستم‌های مخابراتی پیشرفته، از جمله شبکه‌های ۵G و ۶G، اهمیت ویژه‌ای دارند، زیرا کنترل دقیق بر توزیع سیگنال‌ها در این شبکه‌ها ضروری است. برای اثبات کارایی این فناوری، محققان آزمایش‌های دقیقی روی حرکت امواج انجام می‌دهند تا عملکرد مدار‌های مگنونی را بدون ایجاد خطا بررسی کنند.

هوش مصنوعی در طراحی مدار‌های مگنونی

طراحی این مدار‌ها پیچیدگی‌های زیادی دارد و ترسیم دستی آنها دشوار است. محققان با استفاده از روش طراحی معکوس، ابتدا هدف نهایی را مشخص کرده و سپس از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای تکمیل نقشه استفاده می‌کنند.

چومک در این زمینه می‌گوید: «ما تمام کنترل را به رایانه سپردیم.» این رویکرد، امکان طراحی پیکربندی‌های متنوعی را فراهم می‌کند که برای طراحان انسانی بسیار زمان‌بر خواهد بود.

مقیاس‌پذیری و بهره‌وری انرژی

نمونه‌های اولیه این پردازنده هنوز ابعادی بزرگ‌تر از تراشه‌های تجاری دارند و نیازمند بهینه‌سازی هستند. پژوهشگران بر این باورند که کوچک‌سازی آنها تا ابعاد زیر ۱۰۰ نانومتر، می‌تواند افزایش چشمگیری در بهره‌وری ایجاد کند.

با توجه به چالش‌های فنی در تولید تراشه‌های کوچکتر، استفاده از مواد پیشرفته و فرآیند‌های دقیق ساخت ضروری خواهد بود. کاهش اندازه این قطعات همچنین می‌تواند احتمال تداخل سیگنال‌ها را کم کرده و امکان ترکیب آنها با دیگر فناوری‌های نوین را فراهم کند.

کاربرد‌های عملی فناوری مگنونی

مدار‌های مبتنی بر مگنون می‌توانند در سیستم‌های مخابراتی آینده برای بهبود کیفیت سیگنال و مدیریت بار‌های داده‌ای سنگین مورد استفاده قرار گیرند. این فناوری همچنین می‌تواند در هوش مصنوعی، به‌ویژه در پردازش‌های سریع مانند تشخیص تصویر و تحلیل داده‌های بلادرنگ، نقش مؤثری ایفا کند.

علاوه بر این، صنایع دیگری مانند امنیت سایبری و ارتباطات ماشین به ماشین نیز می‌توانند از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد این فناوری بهره ببرند.

گذار تدریجی از الکترونیک سنتی

با وجود مزایای قابل توجه، این فناوری همچنان با چالش‌هایی در طراحی و تولید مواجه است. هر مرحله از ساخت نیاز به تنظیمات دقیق دارد و محیط‌های واقعی ممکن است باعث اختلال در سیگنال‌های موجی شوند.

برخی کارشناسان معتقدند که گذار از سیستم‌های کاملاً الکترونیکی به پلتفرم‌های ترکیبی مگنونی-الکترونیکی روندی تدریجی خواهد بود. در صورت موفقیت در ایجاد عملکرد پایدار در شرایط عملی، این فناوری می‌تواند به بخشی از دستگاه‌های تجاری آینده تبدیل شود.

مسیر ورود به بازار

قبل از عرضه این سخت‌افزار‌ها به بازار، آزمایش‌های متعددی برای بررسی عملکرد آنها تحت شرایط محیطی مختلف، مانند تغییرات دما و میدان‌های الکترومغناطیسی، انجام خواهد شد.

همکاری بین دانشگاه‌ها و شرکت‌های صنعتی می‌تواند روند انتقال این فناوری از آزمایشگاه به محصولات تجاری را تسریع کند. سرمایه‌گذاری زودهنگام در این زمینه، به شرکت‌ها امکان می‌دهد تا در آینده فناوری مگنونی جایگاه برتری داشته باشند.

در نهایت، موفقیت این فناوری به تعادل میان هزینه، بازدهی و عملکرد بستگی دارد. اگر تراشه‌های مگنونی بتوانند از نظر قابلیت اطمینان با سیستم‌های الکترونیکی فعلی رقابت کنند، احتمال پذیرش گسترده آنها در بازار بسیار بالا خواهد بود.

این مطالعه در نشریه IEEE Transactions on Magnetics منتشر شده است.

انتهای پیام/