新型超高速数据处理方式:采用光取代电,能耗几乎为零!

IntelligentThin 2019-05-22 13:45

导读


据英国兰卡斯特大学官网近日报道,由该校参与的一支国际科研团队创造出一种采用光脉冲取代电流的超高速数据处理方式。这项发明采用能耗几乎为零的磁体记录计算机数据,解决了在低能耗的条件下实现高速数据处理的难题。


背景


如今,数据中心服务器消耗了全球2%~5%的电力,并产生出许多热量,这些热量需要更多的电力去冷却。


欧洲核子研究组织(CERN)的数据中心(图片来源:维基百科)


这个问题十分严重。因此,为了让数据中心保持凉爽,美国微软公司已经将数百个数据中心潜入到海洋中,利用海水来制冷。


(图片来源: 微软)


所有的数据几乎都是通过磁性硬盘驱动器中微型磁体的朝向,也称为“自旋”,编码为二进制数据信息(分别为0或1)。读/写磁头会采用消耗巨大能量的电流,设置或者检索信息。


(图片来源:谢菲尔德大学


创新


近日,一支国际科研团队在《自然》期刊上发表了一篇论文,通过磁体顶部特殊天线聚焦的极短光脉冲(持续时间仅为万亿分之一秒)取代电流,解决了这个问题。


(图片来源:参考资料【1】)


这个新方法不仅是超高速的,而且能效很高,以至于磁体的温度根本不会升高。


研究团队包括 Rostislav Mikhaylovskiy 博士(之前任职于拉德堡德大学,现在任职于兰卡斯特大学)、雷根斯堡大学的 Stefan Schlauderer、Christoph Lange 博士以及 Rupert Huber 教授拉德堡德大学Alexey Kimel 教授、俄罗斯科学院的 Anatoly Zvezdin 教授


技术


他们通过对磁体施加频率处于远红外波段也称为“太赫兹光谱范围”的超短光脉冲(持续时间仅为万亿分之一),演示了这个新方法。


然而,即使是迄今为止最强大的太赫兹光源也无法提供足够强的脉冲,来切换磁体的朝向。


这项突破是通过利用自旋与太赫兹电场之间高效的相互耦合机制来实现的,这一机制也是由同一团队发现的。


然后,科学家们开发和制造了一个位于磁体顶部的非常小的天线,来聚焦以及改善光线的电场。这种最强的局部电场足以在亿万分之一秒内将磁体的磁化强度引导到一个新方向。


(图片来源:参考资料【1】)


价值


因为这个过程中的每个自旋仅需要一个量子的太赫兹光能量(一个光子),所以磁体的温度根本不会增加。


Mikhaylovskiy 博士表示:“这种历史最低纪录的能量损耗使得这个方案变得可扩展。”


未来


未来的存储器件也将利用天线结构的卓越的空间定义,带来同时具有最高能量效率和速度的实用的磁存储器。


他计划采用兰卡斯特大学开发的超高速激光器以及科克罗夫特研究所的加速器(可产生强烈的光脉冲)展开进一步研究,从而能够切换磁体朝向,并判断出磁记录实际且基本的速度和能量限度。

关键字


磁、自旋、存储、太赫兹、能耗


参考资料


【1】S. Schlauderer, C. Lange, S. Baierl, T. Ebnet, C. P. Schmid, D. C. Valovcin, A. K. Zvezdin, A. V. Kimel, R. V. Mikhaylovskiy, R. Huber. Temporal and spectral fingerprints of ultrafast all-coherent spin switching. Nature, 2019; 569: 383-387 DOI: 10.1038/s41586-019-1174-7

【2】https://www.lancaster.ac.uk/news/energy-free-superfast-computing-invented-by-scientists-using-light-pulses




了解更多前沿技术,请点击“阅读原文”。



IntelligentThin 汇聚环球创新智慧,发掘前沿科技价值。
评论
热门推荐
相关推荐
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦