Forskare har nått ett genombrott med en nygammal datorteknik som kan leda till enorma energibesparingar i hemelektronik och datorhaller.
Det handlar om en miniatyrisering i nanoskala av elektromekaniska omkopplare (switch), som var byggstenarna i all elektronik innan SSD-transistorer slog igenom under andra världskriget.
Forskare vid Case Western Reserve University i USA har tagit fram en kiselkarbidbaserad omkopplare i nanoskala som slås på och av som en strömbrytare, men utan de energiförluster som beror på strömläckage och som de minsta elektroniska komponenterna dras med. Forskarna demonstrerade nyligen sina resultat på en elektronikmässa i Washington.
Den elektromekaniska omkopplarens rörliga delar är bara ungefär en kubikmikrometer, mer än tusen gånger mindre än de enheter som görs med hjälp av traditionella mikroelektromekaniska system (MEMS) . Därför kan omkopplaren fungera snabbare och är också mycket lättare.
Omkopplaren har också visat sig vara ovanligt robust och kan arbeta länge i luft, rumstemperatur och i mycket hög temperatur utan att tappa i prestanda. Forskarna menar att sådana toleranser bör göra det möjligt för elektroniktillverkare att bygga datorer som fungerar problemfritt i den intensiva hettan från en kärnreaktor eller en jetmotor. Kiseltransistorer börjar ta stryk vid cirka 250 grader, medan tester har visat att kiselkarbidbaserade omkopplare kan arbeta vid mer än 500 grader.
Teknikutvecklingen kan vara mycket betydelsefull eftersom kopplingsanordningar utgör själva hjärtat i data-och kommunikationstekniken.
– I våra fickor och ryggsäckar bär vi numera med oss mobila enheter som består av miljarder av dessa byggstenar, som kopplas av och på för att utföra informationsbehandlingsfunktioner, säger Philip Feng, professor i elektroteknik Case Western Reserve University och projektledare.
Kiselbaserade så kallade MOSFET (”metal-oxide-semiconductor field effect transistors”) är de vanligaste omkopplingsanordningarna i integrerade kretsar och har lett till utvecklingen av rad fantastiska tekniker, enligt Philip Feng, men han påpekar samtidigt att miniatyriseringen av kisel-MOSFET bromsat in de senaste decennierna eftersom MOSFET i nanoskala producerar värme och läcker energi som en gammal kran. Elektroner rör sig fritt även genom omkopplare som är avstängda.
– Kiselomkopplare läcker 1 till 10 nanowatt styck. När du har en miljard av dessa på ett datorchip förlorar du några tiotals watt. Det kommer att ladda ur batteriet även när transistorerna inte aktivt utför datorfunktioner.
Stora datacenter förbrukar inte bara bort stora mängder energin, det kostar också mycket att kyla datorerna för att förhindra överhettning - ett område där den nya tekniken skulle göra underverk.
