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Almacenamiento de datos en imanes del tamaño de un átomo
Hay un dicho que indica que los datos se expandirán hasta llenar toda la capacidad disponible. Tal vez hace diez o veinte años, era común almacenar programas de software, música MP3, películas y otros archivos, que podáin haber sido recopilados durante años. En los días en que las unidades de disco duro ofrecían unas pocas decenas de gigabytes de almacenamiento, la falta de espacio era casi inevitable.
Ahora que tenemos internet de banda ancha rápida y no pensamos en la descarga de un DVD de 4,7 gigabytes, podemos acumular datos aún más rápidamente. Las estimaciones de la cantidad total de datos almacenados en todo el mundo aumentarán de 4,4 billones de gigabytes en 2013 a 44 billones de gigabytes en 2020. Esto significa que estamos generando un promedio de 15 millones de gigabytes al día. A pesar de que las unidades de disco duro ahora se miden en miles de gigabytes en lugar de decenas, todavía tenemos un problema de almacenamiento.
La investigación y el desarrollo se centran en el desarrollo de nuevos medios de almacenamiento de datos que son más densos y por lo que puede almacenar una mayor cantidad de datos, y hacerlo de una manera más eficiente de la energía. A veces esto implica actualizar técnicas establecidas: recientemente IBM anunció una nueva tecnología de cinta magnética que puede almacenar 25 gigabytes por pulgada cuadrada (una pulgada equivale a 2,54 cm), un nuevo récord mundial para la tecnología de 60 años de edad. Mientras que los actuales discos duros magnéticos o de estado sólido son más densos alrededor de 200 gigabytes por pulgada cuadrada, las cintas magnéticas todavía se utilizan con frecuencia para la copia de seguridad de datos.
Sin embargo, la vanguardia de la investigación de almacenamiento de datos está trabajando a nivel de átomos y moléculas individuales, representando el límite máximo de la miniaturización tecnológica.
Búsqueda de los imanes atómicos
Las tecnologías actuales de almacenamiento de datos magnéticos -las utilizadas en los discos duros tradicionales con platos giratorios, estándar hasta hace unos años y que todavía son comunes hoy en día- se basan en métodos «top-down». Esto implica hacer capas delgadas de una gran pieza de material ferromagnético, cada uno conteniendo muchos dominios magnéticos que se utilizan para contener datos. Cada uno de estos dominios magnéticos está hecho de una gran colección de átomos magnetizados, cuya polaridad magnética es establecida por la cabeza de lectura / escritura del disco duro para representar datos como binarios uno o cero.
Un método «ascendente» alternativo implicaría construir dispositivos de almacenamiento colocando átomos o moléculas individuales uno por uno, cada uno capaz de almacenar un solo bit de información. Los dominios magnéticos conservan su memoria magnética debido a la comunicación entre grupos de átomos magnetizados vecinos.
Los imanes de un solo átomo o de una sola molécula por otro lado no requieren esta comunicación con sus vecinos para retener su memoria magnética. En cambio, el efecto de memoria surge de la mecánica cuántica. Por lo tanto, debido a que los átomos o las moléculas son mucho, mucho más pequeños que los dominios magnéticos actualmente utilizados, y pueden usarse individualmente en lugar de en grupos, pueden ser empacados más estrechamente, lo que podría dar lugar a un enorme aumento en la densidad de datos.
Trabajar con átomos y moléculas como éste no es ciencia ficción. Los efectos de la memoria magnética en imanes de una sola molécula (SMMs) se demostró por primera vez en 1993, y efectos similares para los imanes de átomo único se mostraron en 2016.
Aumentar la temperatura
El problema principal que está en el camino de mover estas tecnologías fuera del laboratorio y en la corriente principal es que todavía no trabajan a temperaturas ambiente. Tanto los átomos individuales como los SMM requieren enfriamiento con helio líquido (a una temperatura de -269 ° C), un recurso costoso y limitado. Así, el esfuerzo de investigación durante los últimos 25 años se ha concentrado en elevar la temperatura a la que se puede observar la histéresis magnética, una demostración del efecto de la memoria magnética. Un objetivo importante es -196 ° C, porque esta es la temperatura que se puede lograr con el nitrógeno líquido, que es abundante y barato.
Tomó 18 años para el primer paso sustancial para elevar la temperatura en la que la memoria magnética es posible en SMMs – un aumento de 10 ° C logrado por los investigadores en California. Pero ahora el equipo de investigación en la Escuela de Química de la Universidad de Manchester ha logrado histéresis magnéticas en un SMM a -213 ° C usando una nueva molécula basada en el elemento de tierras raras disprosio, según se informa en una carta a la revista Nature. Con un salto de 56 ° C, esto está a sólo 17 ° C de la temperatura del nitrógeno líquido.
Usos futuros
Sin embargo, hay otros desafíos. Con el fin de almacenar prácticamente bits individuales de datos, las moléculas deben fijarse a las superficies. Esto se ha demostrado con SMMs en el pasado, pero no para esta última generación de SMMs de alta temperatura. Por otra parte, la memoria magnética en átomos individuales ya se ha demostrado en una superficie.
La prueba definitiva es la demostración de la escritura y la lectura no destructiva de datos en átomos o moléculas individuales. Esto ha sido logrado por primera vez en 2017 por un grupo de investigadores de IBM que demostró el dispositivo de almacenamiento de memoria magnética más pequeño del mundo, construido alrededor de un solo átomo.
Sin embargo, independientemente de si los dispositivos de almacenamiento de un solo átomo o de una sola molécula se vuelven verdaderamente prácticos, los avances en la ciencia fundamental que se están realizando a lo largo de este camino son fenomenales. Las técnicas de química sintética desarrolladas por los grupos que trabajan en SMM ahora nos permiten diseñar moléculas con propiedades magnéticas personalizadas, que tendrán aplicaciones en la computación cuántica e incluso la resonancia magnética.
Ampliar en: The Conversation
IBM logra fabricar las primeras neuronas artificiales con tecnología de cambio de fase
Durante décadas, la ciencia ha tratado de recrear la estructura del cerebro humano, pero hasta ahora era imposible imitar su potencia y densidad con los componentes disponibles. IBM acaba de dar un paso interesante hacia el cerebro positrónico imaginado por Asimov. Ha creado neuronas artificiales funcionales mediante tecnología de cambio de fase.
No es la primera vez que IBM anuncia un avance en esta tecnología de almacenamiento no volátil (los datos no desaparecen al apagar el dispositivo) basada en cristales que alteran su estructura molecular al recibir corriente eléctrica de diferente intensidad. Recientemente la compañía logró crear memoria de cambio de fase a un coste similar al de la RAM actual.
Esquema de las neuronas artificiales de cambio de fase. Foto: IBM
Sin embargo, este nuevo avance de IBM va mucho más allá de lograr que nuestro PC funcione con más agilidad. Lo que el equipo de investigadores que la compañía mantiene en Zurich ha logrado crear son neuronas que imitan perfectamente el funcionamiento de las neuronas humanas. En lugar de una membrana con enzimas, las neuronas artificiales unen el axon y las dendritas mediante un cristal de antimonio, germanio y telurio, un material similar al que se utiliza en los discos ópticos reescribibles.
Estas neuronas de cristal que cambia su estado se parecen mucho a su contrapartida biológica. Para empezar, su tamaño puede reducirse a unos pocos nanómetros, lo que permite agrupar la suficiente cantidad de estas neuronas en un espacio lo bastante reducido.
En la primera prueba, IBM ha puesto a funcionar 500 de estas neuronas en una hilera de cinco chips compuestos de 10×10 de estas neuronas, pero el sistema es escalable. Los investigadores explican en el estudio que han publicdo en Nature que se podrían crear chips viables para comercialización de 90 nanómetros ya mismo, y que en el futuro se podría reducir hasta 14 nanómetros.
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Artículo completo en: GIZMODO
Un nuevo componente electrónico para reemplazar el almacenamiento ‘flash’
Investigadores financiados por la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza han creado un nuevo componente electrónico que podría reemplazar el almacenamiento flash. Este dispositivo denominado memristor podría utilizarse también para nuevos tipos de equipos.
Dos gigantes de las TIC, Intel y HP, han entrado en una carrera para producir una versión comercial de memristores, un nuevo componente de la electrónica que podría reemplazar algún día a la memoria flash (DRAM) usada en dispositivos de memoria USB, tarjetas SD y discos duros SSD. «Básicamente, los memristores requieren menos energía ya que trabajan con tensiones más bajas«, explica Jennifer Rupp, profesor en el Departamento de Materiales en la ETH Zurich . «Se pueden hacer mucho más pequeños que los módulos de memoria actuales, y por lo tanto ofrecen mucha mayor densidad. Esto significa que pueden almacenar más megabytes de información por milímetro cuadrado.» Pero actualmente los memristores tan solo están en la fase de prototipo.
Computación menos rígida
Junto con su colega químico Markus Kubicek, Jennifer Rupp ha construido un memristor basado en una lámina de perovskita de solo cinco nanómetros de espesor. Y lo interesante es que ha demostrado que el componente tiene tres estados resistivos estables. Como resultado, no sólo puede almacenar el 0 o 1 de un bit estándar, sino también puede ser utilizado para la información codificada por tres estados – el 0, 1 y 2 de un «trit». «Nuestro componente podría por lo tanto también ser útil para un nuevo tipo de TIC que no se base en la lógica binaria, sino en una lógica que proporciona información situada» entre «el y el 1,» continúa Jennifer Rupp. «Esto tiene implicaciones interesantes para lo que se conoce como la lógica difusa, que busca incorporar una forma de incertidumbre en el tratamiento de la información digital. Usted podría describir como la computación menos rígida«.
Otra aplicación potencial es la computación neuromórfica, cuyo objetivo es utilizar componentes electrónicos para reproducir la forma en que las neuronas en el cerebro procesan la información. «Las propiedades de un memristor en un punto dado en el tiempo dependen de lo que ha sucedido antes«, explica Jennifer Rupp. «Esto imita el comportamiento de las neuronas, que sólo transmitir la información una vez que se ha alcanzado un umbral de activación específica«.
En primer lugar, los investigadores de ETH Zurich han caracterizado en gran detalle las formas en las que el componente funciona, mediante la realización de estudios electroquímicos. «Hemos sido capaces de identificar a los portadores de carga eléctrica y entender su relación con los tres estados estables«, explica el investigador. «Este es un conocimiento extremadamente importante para la ciencia de materiales que serán útiles en el perfeccionamiento de la forma en el almacenamiento y operar en la mejora de su eficiencia«.
El cuarto componente
El principio del memristor fue descrito por primera vez en 1971, como el cuarto componente básico de los circuitos electrónicos (junto a resistencias, condensadores e inductancias). Desde la década de 2000, los investigadores han sugerido que ciertos tipos de memoria resistiva podrían actuar como memristores.
Ampliar información en: Memristor chip could lead to faster, cheaper computers
Más información:
Markus Kubicek et al. Uncovering Two Competing Switching Mechanisms for Epitaxial and Ultrathin Strontium Titanate-Based Resistive Switching Bits, ACS Nano (2015). DOI: 10.1021/acsnano.5b02752
Memoria RAM estática en base a nanotubos de carbono
Estamos llegando a un punto donde los avances de los procesadores hacen que los transistores estén fabricados en tamaños ya cercanos a algunas moléculas, como la hemoglobina de cinco nanómetros. A este ritmo de reducción el comportamiento de los electrones estará sujeto a los efectos cuánticos, causando comportamientos impredecibles y no controlados, lo que sería no apto para un chip.
La tecnología de semiconductores se basa en dos tipos de materiales: los que favorecen el transporte de electrones y los «agujeros». La conducción de corriente en los semiconductores se producen a través del movimiento de los electrones libres y los «agujeros», conocidos colectivamente como portadores de carga.
Ni los átomos de silicio, ni los de germanio (los materiales que se usan en electrónica) en su forma cristalina ceden ni aceptan electrones en su última órbita; por tanto, no permiten la circulación de la corriente eléctrica, es decir, se comportan como materiales aislantes.
Pero, si a la estructura cristalina de uno de esos elementos semiconductores la dopamos añadiéndole una pequeña cantidad de impurezas provenientes de diferentes átomos, se alterará el número de portadores de carga en ella. Cuando un semiconductor dopado contiene en su mayoría huecos libres que se llama «tipo p», y cuando contiene electrones libres en su mayoría se conoce como «de tipo n». Los materiales semiconductores que se utilizan en dispositivos electrónicos se dopan bajo condiciones precisas para el control de la concentración de dopantes y las regiones p y de tipo n. Un solo cristal semiconductor puede tener muchas regiones p y tipo n; los p-n uniones entre estas regiones son responsables del comportamiento electrónico de utilidad.
Un equipo de investigadores ha logrado mostrar que las propiedades de los nanotubos pueden ser manipuladas y preservadas de tal manera que los hagan útiles para su uso en aplicaciones electrónicas. El desarrollo se ha hecho con agrupaciones de nanotubos en lugar de moleculas individuales, pero han logrado transformar los nanotubos en una RAM totalmente funcional.
Decidieron intentar implementar un circuito funcional: una memoria RAM usando nanotubos. Lograron hacer funcionar una RAM estática cuyo rendimiento fue estable durante miles de lecturas y escrituras, todo a temperatura ambiente. Es importante subrayar que no se hizo con nanotubos individuales, cada componente era un conglomerado sin distribuir de nanotubos.
Ampliar en: Hipertextual
Nueva familia de materiales para el almacenamiento y procesado de la información
Las ferritas hexagonales de elementos de las tierras raras han mostrado poseer momentos dipolares eléctricos y magnéticos espontáneos (como un caso raro), que puede permitir los acoplamientos de los campos eléctricos y magnéticos estáticos en estos materiales, lo que sugiere la aplicación en el almacenamiento y procesamiento de la información con elevada eficiencia energética.
El cambio de la polaridad de un imán utilizando un campo eléctrico (efecto memoria magnetoeléctrica [MEM]), puede ser el principio de funcionamiento de la tecnología de próxima generación para el procesamiento y almacenamiento de información. Materiales multiferroicos son candidatos prometedores para el efecto MEM, debido a la coexistencia de ordenamientos eléctricos y magnéticos. Por otra parte, la coexistencia de polarizaciones eléctricas y magnéticas espontáneas es rara en materiales conocidos, lo que dificulta la aplicación potencial del efecto MEM.
Este artículo revisa brevemente una nueva familia de materiales multiferroicos – hexagonales ferritas de tierras raras – que se han mostrado simultáneamente en experimentos comportamientos ferroeléctrico y ferromagnético. Tanto la ferroeletricidad como el ferromagnetismo en ferritas hexagonales originan indirectamente distorsiones estructurales, lo que resulta en los llamadas ordenaciones ferroeléctricas y ferromagnéticas impropias. Naturalmente, las distorsiones estructurales pueden mediar el acoplamiento entre las polarizaciones eléctricas y magnéticas en ferritas hexagonales de tierras raras, causando el efecto MEM, como se predijo por la teoría.
El posible efecto MEM en ferritas hexagonales de tierras raras es particularmente útil para el almacenamiento y procesamiento de la información, porque la naturaleza no volátil de la polarización magnética evita el coste de energía de refrescar la memoria constantemente y por lo tanto un flujo constante de corriente. La polaridad de los imanes se utiliza para almacenar información, por ejemplo, en el disco duro de los ordenadores. La información es modificada para «escribir» a través de un cambio de polaridad usando un campo magnético, lo que requiere un flujo de corriente que consume una cantidad significativa de energía. Si la polaridad se pudiera conmutar a través de un campo eléctrico (el efecto MEM), la eficiencia energética se mejora en gran medida, porque la generación del campo eléctrico intrínsecamente necesita menos energía que para la generación de un campo magnético. El hecho de que el campo eléctrico se puede localizar fácilmente sugiere también aplicación en dispositivos miniaturizados.
Esta investigación fue financiada en parte por Nebraska EPSCoR.
Fuente: Xiaoshan Xu, Wang Wenbin multiferroico ferritas hexagonales (h-RFeO3, R = Y, Dy-Lu): una breve revisión experimental Física Moderna letras B, 2014;.. 28 (21): 1430008 DOI: 10.1142 / S0217984914300087
Matemáticos analizan nuevo dispositivo informático ‘la memoria racetrack’
La competición para crear el portátil más pequeño, más ligero y más barato del mercado está motivando la búsqueda permanente de un mejor dispositivo de memoria, frente a la tecnología actual, 2D, de los discos duros. Matemáticos de la Universidad de Bristol han estado analizando la posibilidad de una iniciativa de este tipo: el dispositivo de memoria racetrack, propuesto por investigadores de IBM.
En este dispositivo de memoria 3D, los bits de información se almacenan en columnas muy delgadas de nanocables magnetizados. El espesor de estos cables – cerca de 1000 veces más pequeños que un cabello humano – tiene propiedades especiales que significan que el magnetismo a lo largo del cable sólo puede apuntar en dos sentidos: hacia arriba o hacia abajo.
Cada nanocable se divide en varios dominios donde el magnetismo señala ya sea hacia arriba o hacia abajo y cada bit de información se almacena en cada dominio. Puesto que la estructura es tan pequeña, un gran número de bits se puede almacenar en un espacio muy pequeño. Además, los nanocables se pueden mantener en una matriz 3D, que es mucho más pequeña y más rentable que los discos duros.
Pero, ¿cómo son estos fragmentos de información que se pueden ‘leer’ y ‘escribir’? La respuesta está en el divisor entre cada dominio: la pared de dominio. Cuando pulsos de corriente de nanosegundos se envían a través del nanocable, interactúan con la pared de dominio, haciendo que se puede desplazar a lo largo. Como a lo largo del dominio las paredes se propagan a velocidad constante, cada bit de información puede ser leído o escrito en un tiempo proporcional a la velocidad de las paredes de dominio.
¿Será factible este fenómeno en la práctica? La investigación reciente por el Dr. Ross Lund de la Facultad de Matemáticas de Bristol, que investigó la estabilidad de dichas paredes de dominio cuando se aplicaron diferentes intensidades de corriente, sugiere que será posible a menos que se aplique una corriente excesiva.
El Dr Lund dijo: «Sabemos que cuando la corriente excede un nivel umbral, las paredes de dominio, dejan de desplazarse a una velocidad constante fiable, pero qué pasa con las paredes de dominio una vez se aplique demasiada corriente, no se entendía bien – hasta ahora.»
Utilizando una técnica matemática llamada expansiones asintóticas, el Dr. Lund ha sido capaz de explicar la dinámica de las paredes de dominio. Una vez que la corriente excede el valor umbral de las paredes de dominio ya no se desplazan a una velocidad uniforme, sino que se comportan de una forma matemática hermosa pero inestable, por lo que es imposible que cualquier ‘bit’ de información se pueda leer o escribir.
El trabajo del Dr. Lund demuestra las paredes de dominio, en promedio, todavía se propagan a lo largo del nanocable pero con oscilatoria adicional y características rotacionales. Las paredes de dominio se traducen hacia adelante en una oscilación ponderada del lado derecho, similar a la noción de «dos pasos adelante, un paso atrás’.
Además, los vectores de magnetización del ‘arriba o hacia abajo en el nanocable’ comienzan a girara su alrededor. Este comportamiento inestable hace que sea imposible de leer o escribir la información con precisión. Así como una unidad de disco duro se convierte efectivamente en inútil si un potencial excesivo se aplica a través del cable.
Comprender el proceso del dispositivo de memoria racetrack totalmente en términos matemáticos proporciona una explicación completa del proceso complicado que pasa cerca del umbral de potencial. Este análisis es fundamental para obtener un dispositivo de este tipo más rápido y fiable, y debe ayudar a desarrollar aún más este nuevo dispositivo alternativo del disco duro.
Ampliar en:
‘Domain wall motion in magnetic nanowires: an asymptotic approach’ by A. Goussev, R. Lund, J. Robbins, V. Slastikov and C. Sonnenberg in Proceedings of the Royal Society A. rspa.royalsocietypublishing.or… 9/2160/20130308.full
En la Universidad de Granada diseñan un revolucionario dispositivo de almacenamiento de información digital
Científicos de la Universidad de Granada han diseñado un revolucionario dispositivo de almacenamiento de información digital en colaboración con el laboratorio CEA-LETI de Grenoble (Francia), uno de los agregados del Campus de Excelencia Internacional CEI BioTic . Dicho dispositivo se encuentra entre los dispositivos de almacenamiento de información más avanzados fabricados hasta la fecha en todo el mundo. La invención ha sido protegida por 10 patentes internacionales.
Como señala Francisco Gámiz, “desde su invención en los años 60 por Robert Dennard en IBM (EEUU), las instrucciones y los datos necesarios para el funcionamiento de un ordenador se almacenan en forma de ceros (ausencia de carga) y unos (presencia de carga) en arrays de celdas de memoria DRAM (Dynamic Random Access Memory)”. Estas celdas de memoria están formadas por un transistor y un condensador (ó 1T-1C-DRAM), es decir, cada bit de información se almacena en forma de carga eléctrica en una celda formada por un condensador (que almacena la carga) y un transistor a través del cual se accede a dicha carga y, por lo tanto, a la información.
Este concepto de DRAM ha permanecido inalterado durante todo este tiempo, y hoy día es posible encontrar celdas DRAM con dimensiones menores de 20nm (un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro) y chips de memoria DRAM con varios gigabytes (un giga equivale a mil millones de unidades). Sin embargo, el escalado de esta celda, y por tanto la posibilidad de hacerla más pequeña, está llegando a su fin, debido a la cantidad mínima de carga eléctrica necesaria para poder distinguir con claridad entre los dos posibles estados de un bit (1 y 0), lo que limita el tamaño mínimo del condensador. “Si no podemos hacer más pequeño el condensador, la solución pasa por eliminarlo, surgiendo así las celdas de memoria 1T-DRAM, o memorias de un solo transistor, en las que la información se almacena en el propio transistor, que sirve a la vez para almacenar la información y para detectar el estado de la celda, es decir, acceder a la información”.
Ampliar en: Universidad de Granada
ReRam: un chip de memoria 100 veces más rápido
Investigadores británicos creen haber desarrollado una memoria de un centenar de veces más rápida que la NAND Flash.
La RAM resistiva, o ReRAM, se compone de chips compuestos de óxido de metal que tienen la propiedad de cambio de estado resistivo como una función del voltaje aplicado . Este valor de la resistencia inducida se almacena incluso si la tensión ya no se aplica, por ejemplo en el caso del apagado del sistema.
De acuerdo con investigadores del UCL, University College de Londres, estos chips ReRAM también prometen ofrecer mucha más capacidad de almacenamiento que los chips NAND Flash que se utilizan actualmente, mientras que consumen menos energía y son más pequeños. Una publicación reciente en el «Journal of Applied Physics«, explica que la nueva estructura compuesta de óxido de silicio es más sensible a los cambios frecuentes de la tensión que induce la resistencia de la celda que con los materiales más antiguos.
Memoria del futuro
Dentro de la celda, los átomos de carbono se alinean para formar filamentos que son más o menos resistivos, y el número de filamentos se puede mover desde el estado 1 al estado 0 muy rápidamente. UCL va más allá en su presentación diciendo que este nuevo material desarrollado para estos chips es potencialmente más barato de producir, más robusto e incluso con el tiempo puede ser lo suficientemente fino como para hacer chips casi transparentes.
» Nuestros chips ReRAM requieren sólo una centésima parte de la energía y son cien veces más rápidos que el estándar de chips Flash NAND «, dijo el Dr. Tony Kenyon, ingeniero en el Departamento de Electrónica y Eléctrica del UCL. Estas búsquedas son similares a las de HP en memristores , que se basan en dióxido de titanio y tendrían las mismas propiedades que la ReRAM. Este nuevo enfoque por los chips de óxido de silicio que integra el almacenamiento mucho más fácil para los chips de procesamiento, tales como microprocesadores, para producir chips hibridos con una velocidad de almacenamiento de base para caché de gran tamaño y una capa transistores superiores de la CPU ejemplo.
Además, otro ingeniero de la UCL, Mehonic Adnan explica que » El potencial de este nuevo material es enorme. Durante la fase de prueba, nos dimos cuenta de que era posible programar los chips a más de dos estados la conductividad«, que también podría unirse a otras búsquedas aún más avanzadas.
Ferroeléctricos elaborados en substrato plástico
Memorias ferroeléctricas, matrices de captación de energía, sensores, actuadores, pronto podrían ser fabricados en materiales plásticos, de acuerdo con los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, que ha demostrado recientemente un nuevo proceso de baja temperatura utilizando un microscopio de fuerza atómica (AFM).
Utilizando un proceso denominado nanolitografía termoquímica, un equipo dirigido por el profesor de Georgia Tech NazaninBassiri-Gharb ha descubierto un proceso de baja temperatura para el depósito de los materiales ferroeléctricos en substratos de plástico. El grupo, que también incluye al becario postdoctoral Suenne Kim, la profesora Elisa Riedo, y graduado asistente Yaser Bastani, han demostrado recientemente que las estructuras ferroeléctricas a nanoescala se podrían utilizar para los dispositivos ferroeléctricos fabricados en polímeros baratos.
Usando la punta caliente de un AFM, el grupo fabricño estructuras ferroeléctricas adecuadas para los dispositivos semiconductores, o MEMS, como sensores y actuadores, incluyendo cables de sólo 30 nanómetros de ancho y esferas tan sólo 10 nm de diámetro. Para las memorias ferroeléctricas, el grupo estima que densidades de hasta 200 gigabytes por pulgada cuadrada (una pulgada equivale a 2.54 cm) pueden ser fabricadas con el proceso.
La investigación fue realizada en colaboración con la Universidad de Illinois(Urbana-Champaign) y la Universidad de Nebraska (Lincoln). La financiación fue proporcionada por la National Science Foundation y el Departamento de Energía de EE.UU..
Microprocesadores de ordenador: ahorro de energía y dinero
En los microprocesadores de hoy en día, gran parte de la potencia consumida para poner en funcionamiento el procesador se está desperdiciando.
A un equipo de investigadores de Case Western Reserve University, se le ocurrió una idea novedosa llamada puerta de potencia de grano fino, lo que ahorra energía y dinero en un par de maneras: se utiliza menos energía y menos calor.
«El uso de menos energía produce menos calor. Menos calor significa que se necesita menos enfriamiento», dijo Swarup Bhunia, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y un autor de la investigación. «Eso puede evitar la necesidad de un ventilador grande para enfriar el procesador, lo que ahorra mucho dinero». Los procesadores se utilizan en una variedad de productos, desde computadoras hasta teléfonos celulares. Los gastos operacionales podrían reducirse en más de un tercio, dicen los investigadores.
Bhunia, Lei Wang y Somnath Paul, cuyo trabajo fue financiado por la Corporación Intel, presentaron su idea en la 25 ª Conferencia Internacional sobre la VLSI (Very-Large-Scale Integration) de diseño. Recibieron el premio a la mejor ponencia en la conferencia, celebrada en Hyderabad, India.
Bhunia explicó que dos partes de un procesador consumen energía: la ruta de datos y la memoria. La ruta de datos realiza cálculos y toma decisiones de control, mientras que almacena los datos de la memoria. En informática rara vez se requiere todo lo que un procesador es capaz de proporcionar durante todo el tiempo, pero todo el procesador está totalmente encendido de la misma manera.
Un intento de mejorar la disipación de potencia en los procesadores es a través de algo llamado coarse gating. Se apaga un bloque completo del procesador que no está siendo utilizado. Por ejemplo, habitualmente el bloque que realiza las sumas consume energía aunque no esté el microprocesador efectuando una suma.
El problema con este método es que la mayor parte del tiempo encontrar un bloque completo que no está siendo utilizado en un momento dado es dura.
El equipo de la Case Western Reserve tuvo la idea de compuerta para apagar sólo las partes de un componente que no se están utilizando en ese momento. La memoria funciona del mismo modo. Un procesador tiene que ser capaz de almacenar grandes cantidades, pero rara vez en realidad las almacena.
Esto puede no parecer mucho, pero añade todo y se hace una gran diferencia. El equipo calculó que el ahorro de energía total de un procesador típico de un sistema de alto rendimiento, tales como una computadora de escritorio, sería de alrededor de 40%.
Bhunia explicó que su sistema no puede ser aplicado a los procesadores actuales, pero podrían ser utilizados por las empresas para construir procesadores de próxima generación. Este nuevo método no sólo ayuda a las corporaciones sin embargo, pues una batería de teléfono móvil celular, pasaría de durar ocho horas a 11, por ejemplo.
Fuente: Case Western Reserve University, via Newswise.
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