Магнитные чипы потребляют в миллион раз меньше энергии, чем электронные транзисторы. Принцип Ландауэра

В 1961 году Рольф Ландауэр из компании IBM сформулировал принцип ^[1], который позже назвали его именем: в любой вычислительной системе, независимо от её физической реализации, при потере 1 бита информации выделяется теплота в количестве по крайней мере W джоулей:

W = k_B T ln 2,

где k_B — константа Больцмана, T — абсолютная температура вычислительной системы в кельвинах.

Физикам из Калифорнийского университета в Беркли удалось провести успешный эксперимент ^[2] с битовыми операциями в магнитной памяти и вплотную приблизиться к этому теоретическому пределу.

11 марта 2016 года в журнале Science Advances опубликована в открытом доступе научная работа ^[2] с описанием эксперимента, в котором физики проверяли физические свойства магнитных битов памяти, в которых роль нулей и единиц играют не электроны, а состояние намагниченности маленьких наночастиц. Предполагалось, что изменение направления намагниченности частицы потребует совсем небольшого количества энергии.

Эксперимент показал, что на запись и чтение одного бита информации с намагниченной наночастицы тратится всего 4 зептоджоуля (4*10^–21 Дж), то есть примерно в миллион раз меньше, чем тратится на обработку одного бита в современных компьютерах.

Схема экспериментальной установки и фотографии отдельных однодоменных наномагнитов с разным направлением намагниченности

«Главной проблемой при разработке современных компьютеров, и, в принципе, всей существующей электроники являются энергоаппетиты этих устройств. Увеличение скорости работы транзисторов требует всё больше и больше энергии. Чипы стали настолько горячими, что они буквально плавятся во время работы», — сказал Джеффри Бокор (Jeffrey Bokor), один из авторов научной работы.

Согласно расчётам, полученное значение затрат энергии близко к теоретическому минимуму из принципа Ландауэра ^[1].

Сокращение энергопотребления компьютеров в миллион раз, безусловно, стало бы весьма существенным достижением. Например, мощные компьютеры могли бы работать от маленьких фотоэлементов.

Автор: alizar

Источник ^[3]