Magnetische Prozessoren könnten Stromverbrauch auf ein Millionstel senken

Okay, bleiben wir mal realistisch: So schnell werden stromfressende CPUs und Speicher nicht von der Bildfläche verschwinden. Aber es gibt zumindest eine Idee, wie man die Energieaufnahme von Halbleitern um einen Faktor von einer Millionen senken könnte.

Die grundlegende Idee ist die Eliminierung des Elektronenflusses, der ultimativen Ursache des Stromverbrauchs. Laut Forschern der University of California in Berkeley würden magnetische Prozessoren ohne Elektronen auskommen und nahe dem Landauer-Limit – eine logische Konsequenz des zweiten Gesetzes der Thermodynamik – agieren, das den minimalen möglichen Energieaufwand beschreibt, um ein Bit Information zu ändern.

Die Projektgruppe schätzt, dass ein magnetischer Chip bei Raumtemperatur mit nur 18 Milli-Elektronenvolt auskommen könnte – und diese Zahl ist etwa eine Million mal niedriger als die heutiger Prozessoren.

Anstelle traditioneller Schaltkreise würden magnetische Prozessoren Nanometer-große Magnetriegel für Speicher-, Logik und Schaltoperationen verwenden. "Heutige Computer arbeiten mit Strom. Indem man Elektronen durch einen Schaltkreis schickt, kann man Informationen bearbeiten", so Brian Lambson, Department of Electrical Engineering and Computer Sciences, UC Berkeley. "Ein magnetischer Computer kommt dagegen ohne bewegte Elektronen aus. Man speichert und bearbeitet Informationen mit Magneten – und wenn man die Magneten wirklich klein macht, kann man sie so dicht zusammenpacken, dass die miteinander interagieren. Auf diesem Wege können wir Berechnungen durchführen, haben Speicher und können alle Funktionen eines Computers abbilden."

Das Fernziel ist zwar ein Rechner, der am Landauer-Limit arbeitet, aber das Konzept magnetischer Chips ist mit erheblichen Herausforderungen verbunden. Dazu gehört beispielsweise die Tatsache, dass sie – zumindest derzeit – noch nicht wirklich klein sind. Die Nanomagneten, mit den das UC-Berkeley-Team zum Bau magnetischer Speicher benutzt, sind ungefähr 100 Nanometer breit und 200 Nanometer lang. Sie ermöglichen einfache Logikoperationen, aber sie sind auch mehr als 10 mal so groß wie traditionelle Chip-Strukturen, die derzeit entwickelt werden.

Lambson sagt auch, dass diese Magneten als Speicher verwendet werden können, aber "die wahre Herausforderung ist es, die die Verbindungen und Transistoren zum Funktionieren zu bringen". Die Magneten reagieren zudem recht empfindlich auf zufällige "Fluktuationen von thermischen Effekten, streuende elektromagnetische Feldern und andere Arten von Rauschen".

Wir müssen wohl nicht weiter betonen, dass diese Technologie noch lange nicht ausgereift ist. Aber träumen darf man ja mal...