Computer werden 1000 mal schneller!

Magnonik: Informationen werden ganz anders übertragen

Im Fachmagazin „Nature Physics“ wurde über eine noch in den Kinderschuhen steckenden Technik berichtet. Die sogenannte Magnonik. Mit immateriellen magnetischen Wellen soll es möglich sein Informationen zu übertragen. Diese Wellen werden dann als „Magnonen“ bezeichnet. Doch wie entstehen sie? Elektronen, die parallel zueinander sind, findet man besonders in magnetischen Bauteilen. Wenn sich dann die Elektronen um die eigene Achse drehen, einen Spin bekommen, verbreitet sich dann auch ein Impuls an die umliegenden Elektronen. Die Spinwelle bewegt sich dann durch das ganze Bauteil. Doch was ist dann ein „Magnon“? Ein Magnon ist eine Spinwelle, der eine Quanteninformation mitgegeben wurde. In der Magnonik verbirgt sich noch eine ganz spezielle Eigenschaft. „Da die Elektronen auf ihrem Platz bleiben, stoßen sie nirgendwo an und erzeugen somit kaum Wärme“, so Robert Duine von der Universität Utrecht. Wenn wir gerade bei Wärme sind kommen wir auch schon direkt zu den herkömmlichen elektronischen Rechengeräten. Viel Leistung benötigt aktuell auch immer eine starke Kühlung.

Früher? Heute?

In herkömmlichen Rechenmaschinen arbeiten zwar auch Elektronen aber auf eine ganz andere Weise. In einem Computer sind keine magnetischen Bauteile eingebaut, die Leistung erzeugen sollen. Die Elektronen drehen sich hier nicht nämlich nicht um die eigene Achse, sondern fließen durch das Gerät. Dabei entstehen dann keine Wellen sondern ein Ströme. Elektrische Ströme. Auf dem Weg durch beispielsweise ein Rechenelement eines PCs kollidieren die Elektronen ständig mit Atomen. Bei dem Zusammenstoß wird Energie frei und wo Energie freigesetzt wird entsteht auch eine neue Energie. Hier: Wärme. Dieser Wärme wird dann mit Lüftern und anderen Kühlelementen, wie beispielsweise einer Wasserkühlung, die Stirn geboten. Da das nicht immer ausreichend klappt, muss häufig mit einem doch sehr beachtlichem Verschleiß gerechnet werden. Rechnen können die Elemente dann oft nicht mehr. Früher war das aber noch viel schlimmer. Noch vor 69 Jahren musste für einen Computer ein ganzer Raum eingerichtet werden. Dementsprechend sah damals auch die Kühlung ein ganzes Stück anders aus. Ein Beispiel: Der Electronic Numerical Integrator and Computer, kurz ENIAC, aus dem Jahr 1946. Entwickelt wurde er von und für das Militär. Eigentlich sollte er Flugbahnen von Geschossen berechnen, da aber die Fertigstellung etwas zu lange gedauert hat wurde er benutzt um die Folgen einer Wasserstoffbombe auszurechnen. Das benötigte dementsprechende Leistung. Gekühlt wurde das wahrlich gewaltige Rechenmonster auf eine ziemlich einfache Art und Weise. Der Raum, in der Der ENIAC stand musste gekühlt werden. Das war gar nicht so leicht. Der 27 Tonnen schwere und 170 Quadratmeter einnehmende Rechner besaß 17.468 Vakuumröhren und Dioden. 170 Quadratmeter kühlen wär heute ein leichtes Spiel aber nicht im Jahr 1946. Wer mit dem ENIAC arbeiten musste, konnte sich auf ein warmes Raumklima einstellen.

Zukunft?

Wenn Magnonik unsere Elektrogeräte revolutioniert, müssen wir uns weder auf ein warmes Raumklima noch auf eine warme Hosentasche einstellen. Es gibt ja keine Kollisionen zwischen Elektronen und Atomen. Die Magnonik kann aber noch viel mehr. Die Leistung könne enorm gesteigert werden. Dazu müssten die Spinwellen nur so ausgerichtet werden, dass sie sich verstärken. Die Hersteller von Computer Chips arbeiten immer häufiger am Limit. Alles muss kleiner werden und das auch noch bei den Tausenden und den eh schon winzigen Drähten! In der Magnonik muss dagegen nichts verdrahtet werden. Induktion erledigt den Job der lästigen Drähte. Einer der beachtlichsten Punkte ist jedoch die Leistung, die mit der Magnonik Technik erreicht werden kann.

„Ihre Taktfrequenz – die bei Halbleitern nun schon seit zehn Jahren bei rund drei Gigahertz liegt, könnte mit Magnonen auf das Tausendfache ansteigen“ – Andrii Chumak vom Optimas-Zentrum.

So futuristisch diese ganze Technik klingt so futuristisch ist sie eigentlich gar nicht. Dieses Jahr auf der Cebit konnten die ersten Entwicklungen ausgestellt werden. Forscher der TU Kaiserslautern, unter anderem Burkard Hillebrands, haben einen magnonischen Transistor mit auf die Messe gebracht. Da es wohl auszuschließen ist von heute auf morgen alle Geräte auf eine magnonische Technologie umzustellen, kümmern sich Forscher schon heute darum eine Zwischenstation einzurichten. Mit dieser könnten Hersteller nach und nach umrüsten. Wie lange das ganze noch dauern wird ist allerdings noch nicht bekannt. Die Technik steckt eben noch in den Kinderschuhen.
Quellen: 

http://www.nature.com/nphys/journal/v11/n6/full/nphys3347.html

http://www.mpg.de/326585/forschungsSchwerpunkt1?c=166422&force_lang=de
Mehr dazu:

http://www.heise.de/newsticker/meldung/ENIAC-Erster-elektronischer-Computer-der-Welt-erstrahlt-in-neuem-Glanz-2465430.html
http://www.welt.de/wissenschaft/article143823535/Ein-neues-Superhirn-fuer-kuenftige-Supercomputer.html

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