Vědecký tým pod vedením Tomáše Jungwirtha před několika měsíci představil jako první na světě revoluční typ paměťového čipu, který využívá spintroniky a antiferomagnetických materiálů v mikroelektronice. Nejedná se tak přímo o výzkum samotné fyziky (to už představili dříve), ale přímo aplikační nasazení do reálného zařízení, kterým je v tomto případě jednoduchý paměťový čip.
Čeká nás nová éra rychlých pamětí, které využívají magnetické technologie
Současný stav magnetických pamětí
Současné polovodičové paměti se rozlišují na několik druhů, které se liší jak rychlostí, tak i kapacitu (dle ceny) a schopností udržet data i po odpojení napájení. Přímo v procesoru tak máme několikaúrovňovou cache (SRAM), dále od procesoru je operační paměť (DRAM) a nejdále a také nejpomalejší (odezva i propustnost) je pak SSD případně i pevný disk nebo pásky.
Magnetické paměti a spintronika se snaží vše vyřešit tak, aby stačil jeden druh paměti, která by byla rychlá, levná a udržela data i bez napájení. Dnešní MRAM nastupující do hromadné výroby (Samsung a další) jsou dobré až po úroveň DRAM, tedy maximálně jako náhrady operační paměti. Pro použití přímo v procesoru (jako SRAM) už je ale nutná mnohem vyšší rychlost zápisu.
Tomáš Jungwirth v laboratoři
Tomáš Jungwirth a jeho tým vstoupil do oblasti spintroniky v rámci „Spin Hall“ jevu už před více než 10 lety, který je teprve nyní ve fázi implementace do budoucích verzí MRAM a pracuje na nich Samsung, Intel a další. Díky novým objevům se českému týmu podařilo získat lokální i mezinárodní granty v hodnotě kolem půl miliardy korun, které tak konečně mohli použít pro stavbu slušně vybavené malé laboratoře pro výrobu demonstračních čipů, jež lze rychle v malém počtu vyrábět a vyvíjet.
Zmenšování čipů naráží na problémy
Tento rok se dočkáme prvních 7nm čipů, které budou umístěné v hromadně prodávaných mobilních telefonech. TSMC už oznámilo plány na 5nm, ale i 3nm a 2nm čipy, avšak dále je jasné, že nastává obrovský problém. Jak upozorňuje Tomáš Jungwirth, s touto velikostí jednotlivých prvků (tranzistorů) už jde jen o jednotlivé atomové vrstvy a jakmile se dostanete na takovou úroveň, už se nejedná o chování krystalu, ale přichází kvantové jevy, kdy elektrony prochází i „pevnou“ překážkou, což znamená konec veškeré nastavené logiky v čipu.
Moorův zákon sice platil několik desítek let, ale v posledních letech nastal velký problém – neúměrně rychle začala stoupat cena za vývoj a hromadnou výrobu čipů. Takže i když takové čipy bylo možné vyrobit, zvyšující se náklady zabily spoustu výrobců a v rámci té nejpokročilejší technologie už přežívá jen několik (Intel, Samsung nebo TSMC). Každý další stupeň je tak mnohem náročnější a už neplatí, že cena za tranzistor by se držela samotného Moorova zákona.
