Une catapulte pour une puissance de calcul accrue

Quel est l'avantage de combiner les fonctions de processeur et de support de stockage ?

Gambardella : Actuellement, nous courons vers ce que l'on appelle un mur de mémoire. Nos programmes informatiques traitent de plus en plus de données, que nous transportons entre l'unité de mémoire et le processeur. A partir d'un certain moment, la vitesse du processeur n'a plus d'importance, car nous n'arrivons plus à suivre le mouvement de va-et-vient des données - sans parler de l'énergie dépensée pour le transport des données. Nous voulons réduire le transport des données.

En intégrant un composant logique dans une unité de mémoire ?

Hrabec : Exactement. Dans le cadre d'une collaboration commune entre l'ETH Zurich et l'Institut Paul Scherrer, nous avons construit le prototype d'une unité logique dans la mémoire. Notre collaborateur Zhaochu Luo avait fait une proposition assez audacieuse pour une porte NAND, qui est l'un des éléments de base du circuit logique. Nous étions ravis de voir que cela fonctionnait dès le premier essai. Et ensuite, rien ne pouvait nous retenir. Nous avons combiné pas moins de 15 de ces portes NAND pour former un additionneur complet, c'est-à-dire un réseau de commutation complexe. La mise en ?uvre de la porte NAND et de l'additionneur complet montre clairement que nous disposons de circuits entièrement fonctionnels et que nous pouvons également les mettre en cascade. C'est une condition de base pour les unités logiques électroniques.

Quelle est la différence avec une porte logique composée de transistors ?

Gambardella : Si on coupe le courant au transistor, il oublie son état numérique. Nos portes logiques n'ont pas besoin de courant pour conserver les valeurs d'entrée et de sortie. Les données sont stockées magnétiquement. Par conséquent, nos portes logiques sont toujours prêtes à l'emploi.

Pouvez-vous nous en dire plus sur la construction d'une telle unité logique-en-mémoire ?

Hrabec : Nos données sont stockées dans des segments le long de nanofils (voir Fig.2). Ces segments contiennent des domaines magnétiques avec deux orientations magnétiques différentes, correspondant aux zéros et aux uns du code binaire. Nous pouvons maintenant utiliser un courant pour déplacer ces domaines magnétiques le long des fils et les pousser à travers les portes logiques. Un type spécial de couplage de spin dans les portes détermine la valeur de sortie. Les domaines se déplacent à une vitesse de 100 mètres par seconde. Si l'on ramène cela à la taille de nos minuscules portes NAND, on atteint la fréquence d'horloge des processeurs modernes. En fait, nous pensons qu'il est possible d'accélérer encore plus les domaines, peut-être même jusqu'à un kilomètre par seconde. Nous dépasserions ainsi la fréquence d'horloge de tous les processeurs existants.

Quelles sont les étapes nécessaires pour une mise en ?uvre réussie du marché ?

Gambardella : C'est une question importante. Nous avons besoin d'une expertise complémentaire en dehors de notre groupe pour intégrer complètement les unités logiques et de mémoire. Nous avons besoin d'une tête de lecture et d'écriture basée sur ce que l'on appelle le contact tunnel magnétique. La tête doit être suffisamment petite pour les minuscules domaines magnétiques, afin qu'elle puisse d'une part lire les données via le spin magnétique et d'autre part manipuler le spin magnétique pour écrire les données. Nous pensons que de grandes entreprises comme IBM ou Samsung ou des incubateurs technologiques spécialisés pourraient réaliser cette t?che. Nous recherchons activement des partenaires de collaboration pour développer cette technologie.