磁石はムーアの法則に苦悩に対する解決策となるのか？

Tiffany Trader

シリコンベースのプロセッサでは、いくつかの防ぎようのない限界に直面しており、科学者は、その指数関数的な成長軌道上にコンピューティングを維持するために別の場所を探している。一部の支持を得ているひとつの潜在的な代替は、磁石ベースのコンピューティングである。ミュンヘン工科大学(TUM)の電気エンジニアのグループは、集積回路用のビルディングブロックとして小型磁石を使っての実現可能性を研究している。

そのグループは、トランジスタの代わりにナノメートル規模の磁石の3次元配列を用いた実験を実施した。彼らの結果は、ナノテクノロジー誌に詳述されている。

ナノ磁石の3Dスタックは、殆どの論理ゲートとして機能し、デジタル回路内でのプログラマブルなスイッチとして機能する可能性がある。そのメカニズムは、通常の棒磁石に非常によく似ている。それらをお互いの近くに持って来た時、反対の極は引き付け、同極は互いに反発する。一緒にいくつかの棒磁石を持って来て、全てを集め、固定位置に置いた場合、自在に反転する磁石は固定された磁石の過半数の向きによって決定される。

フィールド結合されたナノ磁石から作られたゲートは、似た方法で動作し、ブール論理状態間、すなわち1と0、の切り替えを表す極性の反転を伴う。研究チームによって作成された3D多数決ゲートにおいて、状態は3つの入力磁石によって決定され、ひとつは他のふたつの60ナノメートル下に位置し、ひとつの出力磁石によって読み出される。

ナノ磁性ロジックは、業界団体の国際半導体技術ロードマップによって検討されている技術の一つである。磁気回路は、不揮発性のため電源なしで状態を維持する。それらはまた、極めて低いエネルギー消費という利点を持ち、室温で動作し、放射線を防ぐ。

おそらく最も重要なのは、ナノ磁性ロジックが非常に密なパッキングをサポートできることである。、個々のナノ磁石のビルディングブロックは、個々のトランジスタの大きさと同等であるが、トランジスタが接点や配線を必要とするのに対しナノ磁石は結合フィールドで純粋に動作する。

3Dデザインもまたナノ磁性ロジックの競争力を高めるために作用する。 ナノテクノロジーの論文の主執筆者、TUM博士課程のIrina Eichwaldは説明する：「3D多数決ゲートは、より良い拡張性と改善された充填密度が期待される単一の逐次積層磁気回路を実現するために、すべての3次元内で磁気コンピューティングが活用できることを実証しています。」

「それは、シリコンCMOS回路と競合するための大きな挑戦です」と技術エレクトロニクス研究所内のTUM研究グループのリーダー、Markus Becherer博士は付け加える。 「しかしながら、3Dナノ磁性回路によって提供された不揮発性の超低消費電力動作と高い集積密度が、それらに強みを与えるアプリケーションがあるかもしれません。」