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Sep 02, 2023

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Der Wirkungsgrad der Diode von 50 % wäre ein Segen für das Chipdesign. Bei all dem Hype um Supraleiter, der in den Nachrichten herumschwirrt (wenn man dich anschaut, LK-99), ist es manchmal einfach, andere Geschichten untergehen zu lassen

Der Wirkungsgrad der Diode von 50 % wäre ein Segen für das Chipdesign.

Bei all dem Hype um Supraleiter, der in den Nachrichten herumschwirrt (ich sehe dich an, LK-99), ist es manchmal einfach, andere Geschichten unter dem Radar verschwinden zu lassen. Aber Wissenschaft findet überall und zu jeder Zeit statt: Jetzt hat ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) ein supraleitendes Gerät entwickelt, das ihrer Meinung nach eine verbesserte Energie- und Wärmeeffizienz in der Elektronik bringen wird. Ihre Arbeit wurde in einer Online-Ausgabe von Physical Review Letters veröffentlicht.

Wie LK-99 (das immer noch einen komplizierten Replikations- und Peer-Review-Prozess durchläuft) steckt die vom MIT entworfene Diode (eine Art Schaltgerät) noch in den Kinderschuhen. Dennoch haben Jagadeesh Moodera (Hauptautor) et al. sagen wir, dass diese Diode bereits doppelt so effizient ist wie frühere Diodenarchitekturen, wenn es um die Stromführung (und die Vermeidung von Verlusten) geht, wobei noch viel Gestaltungsspielraum zur Verbesserung ihrer Eigenschaften bleibt.

Es könnte sogar Auswirkungen auf das Quantencomputing haben. Und tatsächlich war diese Entwicklung eine zufällige Entdeckung, als das Team sich mit Majorana-Fermionen befasste, einem der Bausteine ​​topologischer Qubits, einem noch zu bestätigenden Qubit-Design, das von niemand anderem als Microsoft verfolgt wurde. Das Team erkannte bald, dass seine von Majorana inspirierte Arbeit an supraleitenden Dioden leicht auf den Bereich klassischer (dh Nicht-Quanten-)Schaltkreise übertragen werden konnte.

Dioden sind ein entscheidender Bestandteil jedes Chips und ein integraler Bestandteil des Schaltkreisdesigns. Während Transistoren häufig zur Verstärkung von Eingangssignalen von Schaltkreisen mit niedrigem Widerstand zu Schaltkreisen mit hohem Widerstand innerhalb des Chips verwendet werden, können Dioden entweder als Spannungsstabilisatoren oder als Einwegventile verwendet werden (da sie den Stromfluss nur in eine Richtung zulassen). Es scheint, dass beide Anwendungen von diesem neuen supraleitenden Design profitieren würden.

Da das Chipdesign durch die durch elektrische Verluste erzeugte Wärmemenge stark eingeschränkt wird (ein Engpass, der zu immer komplexeren Transistordesigns und neuen Kühltechnologien führt, die diese Probleme nur begrenzt lösen), sind die Vorteile verlustfreier Dioden bei der Verbesserung der Rechenleistung und der Thermik deutlich zu erkennen Effizienz sollte nicht unterschätzt werden.

Zur Herstellung der supereffizienten Dioden waren alle Merkmale eines Supraleiters erforderlich. Das MIT-Forschungsteam zeigte, dass winzige Unterschiede zwischen den Kanten der Diodengeräte optimiert werden könnten (durch Hinzufügen gezackter Kanten oder Anwenden anderer Verformungen). Deshalb ist das Design noch offen für Optimierungen: Die Anzahl möglicher Designvarianten ist enorm und die Zeit, die beste asymmetrische Konfiguration zu finden, ist begrenzt.

Die Design-Eigenart zeigt, dass selbst mikroskopische Unterschiede in den Materialien zu unverhältnismäßigen Ergebnissen führen können. Diese Dioden verfügen auch über supraleitende Eigenschaften wie den Meissner-Effekt und die Fähigkeit, sich in bereits bestehende Magnetfelder einzubinden (bekannt als Flux-Pinning).

Im Gespräch mit SciTechDaily sagte Philip Moll (Direktor des Max-Planck-Instituts für Struktur und Dynamik der Materie in Deutschland und nicht an der Forschung beteiligt), dass die Arbeit des MIT-Teams zeigt, dass supraleitende Dioden nun „aus technischer Sicht ein vollständig gelöstes Problem“ seien ". Er fügte außerdem hinzu, dass die rekordverdächtigen Wirkungsgrade des Entwurfs erreicht wurden, „ohne es überhaupt versucht zu haben“, wobei die Strukturen „noch lange nicht optimiert“ seien. Das klingt nach vollkommen kluger (wenn auch immer noch harter) Wissenschaft.

Entscheidend ist, dass die supraleitende Diode laut dem Team robust ist und in einem weiten Temperaturbereich betrieben werden kann, während sie möglicherweise die Tür zu neuen Technologien und Designs öffnet. Um die Relevanz der Entdeckung zu erhöhen, sagen die Ingenieure, dass das Design dieser Dioden einfach und kompatibel genug sei, um leicht skalierbar zu sein – Millionen von ihnen könnten auf einem einzigen Siliziumwafer hergestellt werden.

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Francisco Pires ist ein freiberuflicher Nachrichtenautor für Tom's Hardware mit einem Faible für Quantencomputing.

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