Una catapulta per una maggiore potenza di calcolo

Qual è il vantaggio di combinare la funzione di processore e di supporto di memorizzazione?

Gambardella: Attualmente ci troviamo di fronte al cosiddetto muro della memoria. I nostri programmi informatici elaborano sempre più dati, che vengono trasportati avanti e indietro tra l'unità di memoria e il processore. A un certo punto, non ha più importanza la velocità del processore, perché non riusciamo a tenere il passo con il trasporto dei dati avanti e indietro, per non parlare dell'energia necessaria per trasportarli. Vogliamo ridurre il trasporto dei dati.

Integrando un componente logico in un'unità di memoria?

Hrabec: Esattamente. In una collaborazione tra l'ETH di Zurigo e l'Istituto Paul Scherrer, abbiamo costruito il prototipo di un'unità logica in memoria. Il nostro collaboratore Zhaochu Luo ha presentato una proposta piuttosto audace per una porta NAND, che è uno degli elementi di base del circuito logico. Siamo stati entusiasti di vedere che funzionava al primo tentativo. E poi nulla ci ha trattenuto. Abbiamo combinato 15 di queste porte NAND in un sommatore completo, che è una complessa rete di commutazione. La realizzazione della porta NAND e dell'addizionatore completo dimostra chiaramente che disponiamo di circuiti completamente funzionali e che possiamo anche collegarli in cascata. Questo è un requisito fondamentale per le unità logiche elettroniche.

Qual è la differenza con una porta logica fatta di transistor?

Gambardella: Se si interrompe la corrente al transistor, questo dimentica il suo stato digitale. Le nostre porte logiche non hanno bisogno di corrente per conservare i valori di ingresso e di uscita. I dati vengono memorizzati magneticamente. Di conseguenza, le nostre porte logiche sono pronte all'uso in qualsiasi momento.

Chi siamo può dirci qualcosa di più sulla costruzione di questa unità logica in memoria?

Hrabec: I nostri dati sono memorizzati in segmenti lungo i nanofili (vedi Fig. 2). Questi segmenti contengono domini magnetici con due diversi orientamenti magnetici, corrispondenti agli zeri e agli uni del codice binario. Ora possiamo usare l'elettricità per spostare questi domini magnetici lungo i fili e farli passare attraverso le porte logiche. Uno speciale tipo di accoppiamento di spin nelle porte determina il valore di uscita. I domini si muovono a ben 100 metri al secondo. Se si calcola questo valore fino alle dimensioni delle nostre minuscole porte NAND, si può raggiungere la frequenza di clock dei moderni processori. In realtà, riteniamo che sia possibile accelerare ulteriormente i domini, forse fino a un chilometro al secondo. Questo supererebbe la frequenza di clock di tutti i processori esistenti.

Quali sono i passi necessari per un'implementazione di mercato di successo?

Gambardella: ? una domanda importante. Abbiamo bisogno di competenze complementari al di fuori del nostro gruppo per integrare completamente le unità logiche e di memoria. Abbiamo bisogno di una testina di lettura e scrittura basata sul cosiddetto contatto a tunnel magnetico. La testina deve essere abbastanza piccola per i minuscoli domini magnetici, in modo da poter leggere i dati da un lato attraverso lo spin magnetico e manipolare lo spin magnetico per scrivere i dati dall'altro. Riteniamo che grandi aziende come IBM o Samsung o incubatori tecnologici specializzati possano svolgere questo compito. Stiamo cercando attivamente dei partner per sviluppare ulteriormente questa tecnologia.