15 ago 2023 (Noticias de Nanowerk) Los dispositivos electrónicos se encogen todo el tiempo. Al mismo tiempo, los chips de computadora dentro de ellos se vuelven cada vez más poderosos, pero también usan más energía y se calientan más. Esto hace que sea esencial encontrar nuevas formas de reducir el consumo de energía de las computadoras de alto rendimiento. Un nuevo proyecto financiado con fondos europeos ha reunido a un destacado consorcio de la ciencia y la industria para investigar cómo los cambios en las propiedades magnéticas de los semiconductores podrían reducir al cien por cien el consumo de energía de los chips informáticos. Los investigadores de Fraunhofer IZM están en el equipo para investigar cómo se podrían conectar los diminutos contactos de los semiconductores. Computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, incluso relojes inteligentes: en nuestro mundo digital, esperamos que más y más funciones sean asumidas por dispositivos que son cada vez más pequeños, pero también cada vez más hambrientos de energía. Los nuevos conocimientos de la investigación sugieren que puede ayudar a reducir el tamaño y el consumo de energía de los dispositivos electrónicos por un margen masivo, si las tecnologías de ondas de giro se utilizan en microchips.
Elemento lógico que usa ondas de giro: en comparación con las puertas lógicas tradicionales con sus dos entradas, las puertas lógicas de ondas de giro pueden manejar múltiples entradas y permitir nuevas combinaciones para el sistema informático. (Imagen: Fraunhofer IZM) ¿Qué son las ondas de espín? Las ondas de espín se refieren a la excitación colectiva del material magnético. El "giro" es el momento angular de una partícula cuántica, como un electrón o un neutrón. Ese impulso es responsable de todos los fenómenos magnéticos. Las partículas cuánticas que forman las ondas de espín se denominan magnones, y los investigadores se han aprovechado de estos magnones porque pueden usarse para transportar más información utilizando menos energía que los microchips convencionales o los chips semiconductores. Poner los conocimientos de la investigación de espín y magnón en un uso práctico necesita nuevas soluciones tecnológicas. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración IZM y sus socios científicos e industriales de toda Europa han desarrollado un sistema informático que combina la magnónica con la tecnología informática convencional con sus sistemas de semiconductores estándar. El equipo puso su mirada en los circuitos CMOS para lograr la compatibilidad necesaria. Semiconductores de óxido de metal complementarios o CMOS se utilizan en todas las computadoras modernas para procesar datos digitales o analógicos. Para su proyecto, el grupo que trabaja en Fraunhofer IZM produjo una interfaz entre la computadora convencional y un circuito de onda de espín hecho de zafiro o granate de galio gardolinio (GGG). Opera a frecuencias de hasta 16 GHz con más de cien canales utilizando longitudes de cableado casi idénticas. Un desafío particular para el proyecto fue la gran densidad de las puertas lógicas de onda giratoria en un chip. Las puertas lógicas ejecutan las operaciones lógicas que convierten la entrada binaria en señales de salida. "Los chips spinwave actuales solo tienen una puerta lógica, pero estamos planeando más de cien puertas en un solo chip", dice el Dr. Martin Hempel, líder de proyecto en Fraunhofer IZM, confiando en la experiencia única del Instituto en la incorporación de chips de alta frecuencia con múltiples interfaces. El proyecto será el primero en utilizar ondas de espín para cálculos más complejos en un chip de computadora, lo que potencialmente permitirá reducir el consumo de energía de las futuras computadoras en un factor de cien. La tecnología para acceder a múltiples canales de alta frecuencia que los científicos de IZM desarrollaron para el proyecto también será útil para muchas otras aplicaciones en otras áreas, como RF y sistemas de comunicación como los que necesitan los automóviles autónomos para evitar colisiones. Como proyecto HORIZON, “SPIDER” (Spin Wave Computing for Ultimate-Scaled Hybrid Low-Power Electronics) cuenta con el respaldo de 3 millones de euros en fondos europeos (ID de financiamiento 801055). El proyecto está programado para ejecutarse del 1 de diciembre de 2022 al 31 de mayo de 2026 e incluye Fraunhofer IZM, la Universidad Técnica de Delft, la Universidad Técnica de Renania-Palatinado de Kaiserslautern-Landau, el Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo de Microtecnología con sede en Bucarest IMT y las empresas Thales y Akronic como socios del proyecto, coordinado por el Centro Interuniversitario de Microelectrónica (IMEC) de Lovaina.
Elemento lógico que usa ondas de giro: en comparación con las puertas lógicas tradicionales con sus dos entradas, las puertas lógicas de ondas de giro pueden manejar múltiples entradas y permitir nuevas combinaciones para el sistema informático. (Imagen: Fraunhofer IZM) ¿Qué son las ondas de espín? Las ondas de espín se refieren a la excitación colectiva del material magnético. El "giro" es el momento angular de una partícula cuántica, como un electrón o un neutrón. Ese impulso es responsable de todos los fenómenos magnéticos. Las partículas cuánticas que forman las ondas de espín se denominan magnones, y los investigadores se han aprovechado de estos magnones porque pueden usarse para transportar más información utilizando menos energía que los microchips convencionales o los chips semiconductores. Poner los conocimientos de la investigación de espín y magnón en un uso práctico necesita nuevas soluciones tecnológicas. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Fiabilidad y Microintegración IZM y sus socios científicos e industriales de toda Europa han desarrollado un sistema informático que combina la magnónica con la tecnología informática convencional con sus sistemas de semiconductores estándar. El equipo puso su mirada en los circuitos CMOS para lograr la compatibilidad necesaria. Semiconductores de óxido de metal complementarios o CMOS se utilizan en todas las computadoras modernas para procesar datos digitales o analógicos. Para su proyecto, el grupo que trabaja en Fraunhofer IZM produjo una interfaz entre la computadora convencional y un circuito de onda de espín hecho de zafiro o granate de galio gardolinio (GGG). Opera a frecuencias de hasta 16 GHz con más de cien canales utilizando longitudes de cableado casi idénticas. Un desafío particular para el proyecto fue la gran densidad de las puertas lógicas de onda giratoria en un chip. Las puertas lógicas ejecutan las operaciones lógicas que convierten la entrada binaria en señales de salida. "Los chips spinwave actuales solo tienen una puerta lógica, pero estamos planeando más de cien puertas en un solo chip", dice el Dr. Martin Hempel, líder de proyecto en Fraunhofer IZM, confiando en la experiencia única del Instituto en la incorporación de chips de alta frecuencia con múltiples interfaces. El proyecto será el primero en utilizar ondas de espín para cálculos más complejos en un chip de computadora, lo que potencialmente permitirá reducir el consumo de energía de las futuras computadoras en un factor de cien. La tecnología para acceder a múltiples canales de alta frecuencia que los científicos de IZM desarrollaron para el proyecto también será útil para muchas otras aplicaciones en otras áreas, como RF y sistemas de comunicación como los que necesitan los automóviles autónomos para evitar colisiones. Como proyecto HORIZON, “SPIDER” (Spin Wave Computing for Ultimate-Scaled Hybrid Low-Power Electronics) cuenta con el respaldo de 3 millones de euros en fondos europeos (ID de financiamiento 801055). El proyecto está programado para ejecutarse del 1 de diciembre de 2022 al 31 de mayo de 2026 e incluye Fraunhofer IZM, la Universidad Técnica de Delft, la Universidad Técnica de Renania-Palatinado de Kaiserslautern-Landau, el Instituto Nacional de Investigación y Desarrollo de Microtecnología con sede en Bucarest IMT y las empresas Thales y Akronic como socios del proyecto, coordinado por el Centro Interuniversitario de Microelectrónica (IMEC) de Lovaina.
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- Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63508.php
