Công nghệ chip từ mới giúp nâng cao hiệu quả năng lượng máy tính

Trong những năm gần đây, ngành công nghệ sản xuất chip đã có những thay đổi lớn về khuynh hướng khi chuyển từ việc tăng cường số lượng bán dẫn trên mỗi con chip sang tăng cường hiệu quả năng lượng cho những con chip nhỏ hơn và có tốc độ xử lý nhanh hơn. Đáp ứng nhu cầu ấy, các nhà khoa học tại Đại học California – Berkeley đã nghiên cứu và cho ra đời một công nghệ chip mới có khả năng giảm gần 100% lượng tiêu thụ năng lượng trên các bóng bán dẫn.

Cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu có tính đột phá này chính là định luật thứ hai về nhiệt động lực học. Theo đó, trong một hệ thống vật lý, nhiệt có thể truyền từ vật có nhiệt độ cao sang vật có nhiệt độ thấp và ngược lại, tuy nhiên quá trình chuyển nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng không tự động xảy ra. Quá trình này đã gây ra hiện tượng toả nhiệt thải và trong trường hợp của chip máy tính chính là sự tiêu tốn năng lượng khi dòng điện đi qua các bóng bán dẫn, cùng với đó là nhiệt thải.

Để giải quyết vấn đề này, các thành viên của nhóm nghiên cứu Jeongmin Hong, Brian Lambson và Scott Dhuey đã thiết kế những con chip máy tính mới gồm 3 thanh nam châm từ. Các thanh nam châm dài 90 nm này có khả năng tự động chuyển đổi hướng đi của từ trường (Nam – Bắc thành Bắc – Nam) ngay sau khi dòng điện được truyền qua. Điều này sẽ tạo nên sự cân bằng trong suốt quá trình truyền tải điện năng trên bán dẫn, từ đó giảm thiểu tối đa nhiệt thải và mức tiêu thụ điện năng. Đương nhiên, do quá trình chuyển đổi hướng từ trường cũng mất một khoảng thời gian nhỏ nên khó tránh khỏi việc tiêu thụ điện năng. Dù vậy, các thử nghiệm cho thấy con số này chỉ dừng ở mức 3 zeptojoule (3x10^-21J), tức là chỉ bằng 1 phần triệu mức tiêu thụ thông thường khi dòng điện truyền từ cực Bắc sang cực Nam của bóng bán dẫn.

Được tài trợ bởi Quỹ Khoa học Quốc gia Mỹ và Bộ Năng lượng Mỹ, khám phá mới này đã được đăng tải trên tạp chí khoa học Science Advances.

Duy Nguyễn (Theo University of California, Berkeley)