18+
24 Апреля 2019

Спинтроника: новые горизонты роста компьютерной техники

Главным фактором цифровой трансформации является быстрый рост вычислительных мощностей. Благодаря ему появилась возможностьреализации целого ряда технологий: искусственный интеллект, обработка больших данных, высокоскоростная передача данных и все связанные технологии – связь, облачные вычисления и хранилища данных, интернет вещей.

Рост вычислительных мощностей определяется двумя группами технологий:

  • Тактовая частота процессора: за два десятилетия выросла более чем в тысячу раз и на сегодня приближается к теоретическому пределу для кремниевой электроники.
  • Параллелизация вычислений. Создание многоядерных процессоров – главный инструмент для роста скорости вычислений. Позволяет добиться высокой производительности: параллельная организация вычислений используется в суперкомпьютерах, но такой подход имеет ограничения для персональных и мобильных устройств.

Принципиальной проблемой для классической электроники является ее низкая устойчивость к радиации, что резко ограничивает ее применение в космосе, требует использования специальных микросхем, дорогих и медленных по сравнению с обычной электроникой. Для эффективного освоения космоса необходим новый класс устройств, обладающих быстродействием на уровне современных компьютеров, но устойчивых к радиации.

Решением этой проблемы может стать магнитоэлектроника или «спинтроника» – новое направление в развитии электронной техники. Принципиальное отличие спинтроники заключается в использовании для передачи информации не потока электронов, а спиновых свойств электрона. Понятие «спин» - квантовое и не имеет аналогов в макромире. Спин отвечает за магнитный момент частиц, а магнитное поле может менять направление спина.

Важно, что электрон может иметь только два противоположных значения спина. Таким образом формируется естественная основа для передачи двоичной информации. Управление спином требует значительно меньших энергозатрат, в сравнении с управлением потоком электронов, и может осуществляться с очень высокой скоростью. Кроме того, спинтроника строится не на основе полупроводников, чувствительных к ионизирующим излучениям, а на основе комплексов ферромагнетик/парамагнетик. Радиация не оказывает существенного влияния на такие классы материалов. Эти свойства определяют ключевые преимущества спинтроники.

В перспективе устройства на основе спинтроники могут обеспечить рост скорости обработки данных на несколько порядков. При этом за счет низкого энергопотребления сохранятся высокие потребительские свойства, будет обеспечена экономичность подобных устройств.  Разработчики спинтроники на сегодняшний день нашли решения для всех ключевых элементов устройств: логических вентилей, транзисторов, ячеек памяти, устройств записи и считывания информации. Главной проблемой на сегодняшний день является низкая степень надежности при использовании имеющихся материалов.

Ключевое направление научного поиска, которое должно обеспечить возможность широкого внедрения спинтроники, – разработка типов ферро- и парамагнетиков. Такая работа активно идет во всем мире, но удовлетворительных для внедрения в массовое производство результатов пока не получено.

Разработка материалов для спинтроники – перспективная ниша для малого бизнеса, стартапов, создаваемых при крупных отраслевых научных центрах.  Эффективность таких разработок зависит от широкого внедрения технологий компьютерного моделирования химических процессов и веществ. Это моделирование труднореализуемо на классических компьютерах и требует использования последних достижений в области искусственного интеллекта и квантовых вычислений. Различные отрасли цифровизации эффективно поддерживают развитие друг друга, формируют новые возможности, технологии, применимые как на земле, так и в космосе.

Мировой рынок
Искусственный интеллект в государственном управлении Зеркала для экстремального ультрафиолета: критически важная технология для всей цифровой экономики Дообучение моделей искусственного интеллекта Синхронные голосовые агенты: синергия ИИ технологий Распределенные дата-центры: новый этап развития цифровой инфраструктуры Крупноформатное сварочно-дуговое аддитивное производство Стандартные протоколы связи для искусственного интеллекта: новый драйвер развития рынка ИИ технологий Электронные коннекторы: основа цифровой инфраструктуры Корпусирование микросхем: как меняется рынок Цифровое сознание становится новым направлением исследований искусственного интеллекта Биоразлагаемые магниевые импланты: новый рынок медицинских технологий Снижение минимального эффективного масштаба производства: один из главных трендов цифровой экономики ИИ диагностика для промышленного оборудования: тренды и перспективы Детекторы одиночных фотонов Системы передачи энергии нового поколения Генерация с дополненной выборкой: инструмент для роста эффективности ИИ Двигатели на эффекте Холла: инновации для орбитальной экономики Тренды развития автономных навигационных сенсоров Орбитальная ситуационная осведомленность: новый сегмент космической экономики Платформы оркестрации ИИ-агентов Искусственный интеллект: новый инструмент для сетей беспроводной передачи данных Цифровые технологии в ветеринарной медицине Нейросимвольный ИИ: гибридный инструмент для прозрачных ИИ – решений. 4D-печать: рынок программируемых материалов Роль голосового искусственного интеллекта в цифровой экономике Искусственный интеллект в здравоохранении: новая инфраструктура отрасли Технологии автономной навигации Переработка литий-ионных батарей Терагерцовые коммуникационные системы для датацентров Автономные ИИ-агенты Авионика: цифровой интеллект Данные о здоровье: инфраструктура цифровой медицины Глобальный рынок платформ предиктивной аналитики Инвестиции в прорывные инновации в 2026 году: Искусственный интеллект в управлении отношениями с клиентами Технологии ИИ для ведения бухгалтерского учета
Презентация (pdf)
Скачать (pdf)