TEORETIKER: EU knytter store forventninger til forskningsprosjektet NTNU-professor Arne Brataas skal lede. (Bilde: Sølvi waterloo Normannsen/NTNU)

Klekker ut framtidas prosessor

  • IT

Moores lov

  • Gordon Moore, en av Intels grunnleggere, spådde i 1965 at antallet transistorer på en databrikke ville fordobles annethvert år. Til dags dato har påstanden vist seg å holde stikk i stor grad.
  • Fra intel 4004 (1971) med sine 2300 transistorer, har utviklingen gått i tråd med Moores spådommer fram mot dagens 731 millioner transistorer (Intel Core i7).
  • I dag endres en bit fra 0 til 1 gjennom elektronladning. Problemet med dagens teknologi er at varmeutviklingen nærmer seg taket for det halvlederen (i dag: silisiumbrikken) tåler før den smelter.

Elektronspinn

  • Elektroner roterer – og skaper hver sine magnetiske felt. I magnetiske metaller orienterer alle spinnende elektroner seg i samme retning. Elektronspinn ble beskrevet første gang i 1928.
  • GMR, gigantisk magnetresistans, ble gjort kjent av fysikerne Albert Fert og Peter Grünberg i 1988.
  • Duoen vant Nobelprisen i fysikk 19 år senere, og GMR-prinsippene har siden ligget til grunn for en revolusjonerende utvikling innen blant annet lesehoder til diverse små og store lagringsmedier.

Joda – framtidas teknodingser vil bare fortsette med å bli stadig mindre og kraftigere.

Mens Norge vel aldri kan bli en hardwarestormakt, kan en slik utvikling likevel få norskutviklet tankegods i sentrum:

1. september starter EU opp forskningsprosjektet Macalo, med Arne Brataas, fysiker og NTNU-professor, som koordinator.

Satser millioner

Seks europeiske universiteter og to teknologibedrifter deltar i prosjektet, med en samlet prislapp på om lag 34 mill. kroner over tre år.

– EUs hensikt med utlysingen var å fokusere på «hva skjer etterpå?» – altså teknologier som erstatter dagens metoder for å produsere databrikker. Vårt prosjekt representerer én av disse teknologiene, men EU støtter også tre–fire andre prosjekter – deriblant et om den mulige silisiumerstatteren grafin, sier Arne Brataas til Teknisk Ukeblad.

Elektronspinn

Satsingen han skal lede, inngår i EUs 7. rammeprogram, og målet er ambisiøst så det holder: Å gi europeisk nanoelektronikkindustri et teknologisk forsprang.

Metoden det er snakk om, handler om såkalt spinntronikk (se fakta), elektroners rotasjon rundt egen akse, og utnyttelsen av den.

– Prinsippet bak (GMR – gigantisk magnetresistans) er allerede i kommersiell bruk i blant annet lesehoder på harddisker. Vi vil styrke den teoretiske forståelsen av elektronspinn til et punkt der vi kan utnytte dette også til å skrive – altså på prosessorsiden, sier Brataas.

Nærmer seg grensen

Den såkalte «Moores lov» (se fakta) har vært en ganske så treffsikker spådom innen utviklingen av prosessorer, og dermed forbrukerelektronikk i sin helhet, i 35 år.

Skeptikerne mener nå (riktignok ikke for første gang) at loven om fordobling av datakraften hver 24. måned omsider står for fall. Grunnen er varmeutviklingen.

– En bit i et lagringsmedium forandres i dag ved å sette på strøm, som igjen skaper et magnetfelt rundt lederen. Med stadig mer informasjon på samme plass, øker strømmengden som må til, og dermed også varmetapet, forklarer Brataas.

Minsker varmetapet

Den nye metoden handler om å kunne påvirke elektronets rotasjon, som også er koblet til magnetismen, direkte.

Dette kan oppnås uten å sende en varmeskapende elektronisk ladning, men ved en rotasjon – en spinnstrøm. Hvis denne rotasjonen kan påvirke et magnetisk element, har forskerne oppnådd det vesentligste.

– Denne metoden bør gi mindre varmetap, spesielt når man skalerer ned. Nettopp varmen er det største hinderet for framtidig utvikling langs dagens spor, sier Brataas.

I kjernen for alt

Lykkes forskerne i å avklare det teoretiske, venter neste trinn, også det en del av prosjektet.

Det franske softwarefirmaet In Silico vil pilotere et modelleringsverktøy til bruk for de store elektronikkprodusentene, mens svenske NanOsc AB gyver løs på selve brikkene.

I solnedgangen lokker alt som kryper og går av småelektronikk, fra mp3-spillere til laptoper.

Trådløsrevolusjon

– Får man til dette, kan vi også få til kretser hvor spenningen svinger naturlig, eller svingekretser. Disse kan bli svært nyttige innen trådløs kommunikasjon, fordi en da kan styre svingefrekvensen veldig raskt og nøyaktig over et stort frekvensområde, forklarer Brataas.

Han er ikke blant dem som spår en snarlig død for Moores lov.

– Nei, jeg tror den vil fortsette ufortrødent videre i minst fem år til, selv uten et banebrytende skifte i teknologi. Men forhåpentligvis vil dette prosjektet kunne bidra til å forlenge levetiden, sier Arne Brataas.