Kalifornští inženýři zkombinovali grafen, oxid hafnia a wolfram a vytvořili čip, který odolá teplotám vyšším, než je teplota sopečné lávy.
Tým z Jihokalifornské univerzity (USC) právě prokázal, že je možné vyrobit funkční paměťový čip při teplotě 700 stupňů Celsia, což je hodnota, které dosud žádné elektronické zařízení nedosáhlo, aniž by se zničilo. Tento úspěch zdaleka není pouhou laboratorní kuriozitou, ale mohl by změnit tak různorodé oblasti, jako je průzkum vesmíru, vulkanologie a trénink modelů umělé inteligence.
Proč už křemík nestačí
Každá elektronická součástka, která generuje elektrické náboje pro zpracování informací, produkuje teplo jako nevyhnutelný vedlejší efekt: čím větší objem výpočtů, tím vyšší teplota. Jev známý jako „throttling“ – nucené zpomalení procesoru, když zjistí, že se přehřívá – je velkým problémem pro inženýry i domácí uživatele. Proto je chlazení u každého počítače nezbytné.
Běžné čipy a procesory jsou vyrobeny z křemíku, materiálu, který začíná selhávat při teplotě 200 °C a vyšší. Při překročení této hranice začnou komponenty vysílat nekontrolované elektrické signály, které se nakonec roztaví a zničí vnitřní strukturu součástky. Ve spotřebitelských zařízeních je bezpečnostní rezerva obvykle stanovena na přibližně polovinu této hodnoty. Toto omezení se netýká pouze světa her nebo každodenní výpočetní techniky, ale je kritickou překážkou, když je třeba elektroniku provozovat v extrémních teplotních prostředích.
„Sendvič“ z mimořádných materiálů
Výzkumníci z kalifornské instituce popisují svůj výtvor jako vícevrstvou strukturu, kterou přirovnávají k sendviči. Každá složka plní specifickou funkci. Grafen, list atomů uhlíku o tloušťce pouhého jednoho atomu, funguje jako bariéra, která zabraňuje atomům kovů v sousedních vrstvách, aby do sebe migrovaly a narušovaly fungování zařízení. Oxid hafnia, keramický materiál s vynikajícími izolačními vlastnostmi, je zodpovědný za schopnost čipu ukládat a zpracovávat data. A wolfram, kov, jehož teplota tání přesahuje 3 400 °C a který je vystaven srovnatelným teplotám pouze uvnitř pozemských sopek, zajišťuje strukturální pevnost potřebnou k tomu, aby odolal pekelným podmínkám.
Toto zařízení, nazývané memristor, bylo podrobeno testům, při nichž si zachovalo stoprocentní výkonnost, v extrémních tepelných podmínkách simulovaných ve vakuové peci. Výsledek překvapil i jeho tvůrce: při teplotě 700 stupňů Celsia nadále normálně fungoval. Hlavní řešitel projektu Joshua Yang sdělil vědeckému časopisu USC Viterbi prostřednictvím serveru Techspot, že se jedná o „nejvyšší teplotu, při které bylo kdy testováno paměťové zařízení a stále fungovalo – dalo by se říci, že je to revoluce„.
Venuše na dosah elektronice
Jedna z nejzajímavějších aplikací tohoto průlomu směřuje přímo do vesmíru. Venuše, náš soused ve Sluneční soustavě, je Zemi mnohem blíže než Mars, ale teploty na jejím povrchu dosahují až 475 stupňů Celsia, což v minulosti bránilo vysílání sond schopných dlouhodobého provozu. Pokud memristor i nadále projde hodnocením, bude možná možné navrhnout vozítka, která budou sbírat data v nehostinné atmosféře Venuše a přenášet je zpět na naši planetu.
Za hranice vesmíru: umělá inteligence a energetická účinnost
Průzkum planet není jedinou oblastí, která by z toho mohla těžit. Procesy učení umělé inteligence vyžadují obrovské množství výpočtů, což nutí čipy a procesory pracovat při plném zatížení a s tím spojeném obrovském množství tepla. S memristorem by se takové výpočty mohly provádět fyzikálně, přímo a podstatně rychleji. Kromě mimořádné tepelné odolnosti by čipy založené na této architektuře potřebovaly ke svému provozu velmi málo energie: v průměru jen 1,5 V. Další slibnou cestou je studium aktivních sopek, protože by umožnilo umístit elektronické senzory do oblastí, kde dnes není možné udržet funkční přístroje.
Slibná budoucnost, ale pro běžného uživatele ještě daleko.
Ti, kteří si již nyní představují, že Intel nebo AMD tuto technologii začlení do své příští generace procesorů, se budou muset obrnit trpělivostí. I když jsou výsledky proof-of-concept nesmírně povzbudivé, jsou to stále jen důkazy. Doposud se žádná společnost nezavázala financovat vývoj memristorů v průmyslovém měřítku. Kromě průzkumu planet s extrémními podmínkami, výzkumu sopek a vylepšení pro umělou inteligenci neexistují žádné další konkrétní plány. Pro udržení teploty našich počítačů na uzdě tak prozatím zůstanou nezbytné kapalinové nebo vzduchové chladicí systémy.