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Spintrônica permitirá processadores operando a plena carga

Spintrônica permitirá processadores operando a plena carga
A arquitetura baseada na spintrônica combina as funções de processamento e memória nos mesmos componentes magnéticos.[Imagem: Michael Osadciw/Universidade de Rochester]

Fenômeno do Silício Escuro

Embora os processadores de última geração contenham bilhões de transistores nanométricos, eles podem usar apenas uma fração de sua capacidade por causa de algo conhecido como "Fenômeno do Silício Escuro".

Em termos simples, uma grande porcentagem dos circuitos lógicos de um processador não pode ser ativada porque o calor gerado danificaria permanentemente o processador. O resultado é que o processador nunca está a plena carga.

Outro entrave é a própria arquitetura Von Neumann usada pela maioria dos sistemas de computação. Os núcleos de processamento precisam se comunicar o tempo todo com as células de memória localizadas em partes separadas do hardware. Isso não apenas limita a velocidade de processamento, mas também aumenta drasticamente a dissipação de energia, aumentando o superaquecimento.

Um pesquisador da Universidade de Rochester, nos EUA, está propondo agora um conceito inteiramente novo para superar esse problema e permitir que os microprocessadores "deem tudo de si".

"Isso tem um potencial significativo para melhorar o desempenho dos microprocessadores por ordens de grandeza. Você pode usar 10 vezes mais portas lógicas e, como a dissipação de energia é pequena, você pode usar todas elas simultaneamente em alta frequência, sem ter que se preocupar sobre o Fenômeno do Silício Negro," disse Mohammad Kazemi.

Spintrônica permitirá processadores operando a plena carga
Apesar de a spintrônica estar muito próxima da computação quântica, já existem transístores spintrônicos que funcionam a temperatura ambiente. [Imagem: Spin FET@Chalmers]

Paradigma para a spintrônica

A arquitetura sugerida por Kazemi representa a primeira proposta de implementação nativa para os componentes criados pela spintrônica, uma forma de computação que se baseia não na carga dos elétrons, mas no seu momento angular, ou spin.

Ocorre que, até agora, não havia exatamente um paradigma de computação nativo para a spintrônica. Quem explica é o próprio Kazemi.

"As propostas para a lógica baseada em spin ou exigem dispositivos e circuitos auxiliares baseados em carga em cada porta individual ou adotam elementos centrais típicos da computação baseada em carga que empregam os componentes baseados em spin como auxiliares, o que anula em grande parte as possíveis vantagens.

"Aqui, nós mostramos que materiais de spin-órbita possuem uma base intrínseca para a execução de operações lógicas. Apresentamos uma porta lógica spin-órbita que realiza uma operação lógica universal utilizando o menor número possível de componentes, ou seja, os componentes essenciais necessários para representar os operandos lógicos.

"Além disso, enquanto as propostas anteriores para a lógica baseada em spin exigem componentes adicionais em cada porta individual para fornecer reconfigurabilidade, a porta que propomos é 'eletricamente' reconfigurável em tempo de execução simplesmente ajustando a amplitude do pulso de clock aplicado à porta.

"Demonstramos, analítica e numericamente, com modelos experimentais de referência, que a porta realiza operações lógicas e simultaneamente armazena o resultado, tornando realidade a lógica baseada em spin 'de pleno direito' escalável para dissipação ultrabaixa de energia," escreveu Kazemi em seu artigo.

"Considerando os efeitos mútuos de parâmetros magnéticos, elétricos e térmicos em nossa análise numérica, os resultados que estamos obtendo são muito próximos daqueles que seriam produzidos por experimentos com um dispositivo real," acrescentou ele, salientando que, em decorrência dos inúmeros progressos recentes na criação de componentes spintrônicos, espera que seu novo paradigma de computação possa ser testado na prática brevemente.

Bibliografia:

An electrically reconfigurable logic gate intrinsically enabled by spin-orbit materials
Mohammad Kazemi
Nature Scientific Reports
Vol.: 7, Article number: 15358
DOI: 10.1038/s41598-017-14783-1




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