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Mikrochips Mit Magneteffekten den Energieverbrauch 100-fach reduzieren

Quelle: Fraunhofer IZM Lesedauer: 1 min

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Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Technologien für Hochleistungscomputer mit extrem niedrigem Stromverbrauch werden immer relevanter. Forscher wollen nun Änderungen der magnetischen Eigenschaften in Halbleitern nutzen, um den Energieverbrauch von Computern um das 100-fache zu verringern.

Mit Spinwellen sollen komplexere Rechenfunktionen eines Computerchips deutlich weniger Energie verbrauchen.
Mit Spinwellen sollen komplexere Rechenfunktionen eines Computerchips deutlich weniger Energie verbrauchen.
(Bild: Emily - stock.adobe.com)

Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM hat seine Arbeit an Halbleitern begonnen, die deutlich weniger Energie verbrauchen als aktuelle Modelle. Laut einer Mitteilung wollen sich die Forscher dabei Magneteffekte zunutze machen. Dies soll vor allem elektronischen Geräten und Computern zugute kommen, bei denen die Anforderungen an die Chips immer größer werden, womit auch gleichzeitig der Energieverbrauch steigt und mehr Wärme entsteht.

Die Forscher wollen dabei die sogenannte Spin-Wave-Technologie in Mikrochips verwenden. Als Spinwellen werden die kollektive Anregungen in einem magnetischen Material bezeichnet. Ein Spin ist dabei der Eigendrehimpuls eines Quantenteilchens, wie beispielsweise in einem Elektron oder Neutron, so die Forscher. Die Quantenteilchen der Spinwellen bezeichnet man auch als Magnonen. Mit ihnen können mehr Informationen transportiert und weniger Energie verbraucht werden.

Schnittstelle zwischen klassischem PC und Spinwellen-Schaltkreis

Das Fraunhofer IZM hat für das Projekt nun ein Rechnersystem konzipiert, bei dem die Magnonik an einen Standardcomputer angeschlossen und somit in gängige Halbleitersysteme integriert wird. Das Forschungsteam hatte dabei vor allem die CMOS-Schaltung im Blick. Diese Halbleiterelemente kommen in allen gängigen Rechnern vor und können zugleich digitale als auch analoge Daten speichern und verarbeiten, heißt es weiter. Die Forscher konzipierten einen Chipaufbau für Frequenzen bis circa 16 Gigahertz und mit nahezu gleichlangen Verdrahtungslängen für mehr als 100 Kanäle. Dieser Chipaufbau soll dann die Schnittstelle zwischen einem klassischen PC und einem Spinwellen-Schaltkreis auf Saphir- oder Gadolinium-Gallium-Granat (GGG)-Basis darstellen.

Mit dem Projekt soll der Weg zu einem 100-fach reduzierten Energieverbrauch von zukünftigen Computersystemen geebnet werden.

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