STUDI KASUS DAN PEMBAHASAN
3.1. Kasus: The Bootless PC and Terabytes on A Small Coin
Bayangkan sebuah komputer dengan kemampuan boot-up yang sangat cepat, atau dapat menyimpan data sebanyak 10TB -10, 000 gigabyte- pada perangkat seukuran uang koin dengan kecepatan transfer data tanpa dihalangi oleh latensi apapun. Itu hanya dua contoh dari hal – hal yang dijanjikan oleh penyimpanan nanoteknologi: menggabungkan fungsi chip memori dan hard disk pada satu bagian dari hardware yang merupakan sebagian kecil dari ukuran perangkat saat ini.
Nanoteknologi, ilmu rekayasa sistem fungsional pada skala molekul, memiliki milyaran kemungkinan untuk mesin yang sangat kecil dapat bekerja sama untuk membangun produk dari bawah ke atas menggunakan bahan tersedia.
Sistem dalam pengembangan terkini bisa bekerja dengan disk internal drive secara bersama-sama pada saat proses boot-up komputer, serta dapat dengan cepat membuka aplikasi – aplikasi ketika PC atau laptop dihidupkan. Hardware nanoteknologi lainnya memungkinkan penyimpanan data lebih dari 100 tahun tanpa harus me-refresh media.
Kebanyakan produksi aplikasi untuk nanoteknologi sekarang digunakan dalam membaca dan menulis dari media penyimpanan yang berkali-kali lebih unggul dari produk penyimpanan saat ini di sebagian kecil biaya. Tapi perkembangan ini mendorong para vendor penyimpanan dari berbagai ukuran untuk memeriksa tidak hanya bagaimana mereka akan memproduksi produk mereka di masa depan, tapi apa model bisnis mereka akhirnya dapat terlihat seperti sebagai hasil dari gangguan sifat nanoteknologi.
Vendor – vendor besar maupun kecil sangat baik dalam mengembangkan nanoteknologi penyimpanan yang menjanjikan untuk dapat mengecilkan puluhan atau ratusan kali ruang yang dibutuhkan untuk data saat ini.
Fisikawan di University of California di Riverside telah membuat terobosan dalam mengembangkan "komputer spin," yang akan menggabungkan logika dengan memori nonvolatile, melewati kebutuhan untuk komputer untuk boot up.
Teknologi transistor baru, yang mana salah satu ilmuwan terkemuka percaya bahwa hal tersebut bisa jadi kenyataan dalam waktu sekitar lima tahun, akan mengurangi konsumsi daya ke titik di mana akhirnya komputer, ponsel, dan perangkat elektronik lainnya bisa tetap hidup setiap saat.
Terobosan datang ketika para ilmuwan di UC Riverside berhasil menyuntikkan elektron berputar menjadi bahan resistor yang disebut graphene, yang pada dasarnya adalah lapisan sangat tipis dari grafit, seperti mungkin Anda temukan di pensil. Graphene dalam hal ini adalah satu-atom tebal. Proses ini dikenal sebagai "injection spin tunneling." Hal ini melibatkan proses meletakkan sebuah elektron di graphene, yang kemudian merupakan bit data. Dengan menyuntikkan berbagai bit ke graphene, mereka tidak hanya dapat disimpan dalam keadaan nonvolatile (tanpa perlu listrik), namun data dapat digunakan untuk perhitungan di graphene itu sendiri. Jika berhasil, para peneliti akan menciptakan sebuah chip yang menghilangkan kemacetan input / output (I / O) yang diciptakan oleh sistem bus antara CPU komputer dan perangkat penyimpanan massal seperti hard drive atau Solid State Drive (SSD)
Salah satu ilmuwan pimpinan proyek, Roland Kawakami, seorang profesor fisika dan astronomi di UC Riverside, mengatakan kecepatan jam dari chip yang dibuat menggunakan injeksi spin tunneling akan "ribuan kali" lebih cepat daripada prosesor saat ini. Salah satu rintangan besar menemukan metode yang lebih rendah daya untuk berusaha membuat elektron menjadi terbalik oleh medan magnet, dan mengubahnya menjadi bit yang mewakili angka nol atau satu. Saat ini, teknologi spin graphene membutuhkan daya yang lebih besar dari DRAM atau SRAM untuk dapat bekerja, kata Kawakami.
"Jika Anda dapat menurunkan energi yang dibutuhkan, maka anda dapat menurunkan ukuran sirkuit pendukung," kata Kawakami. "Apa yang sedang kami kerjakan ini merupakan konsep baru. Hal ini pada dasarnya akan memberikan otak pada memori" Para peneliti juga perlu membangun sirkuit. Hal ini adalah merupakan tugas insinyur listrik. Tim Kawakarni telah menggunakan laser semikonduktor untuk dasarnya membebaskan elektron sehingga mereka dapat terpolarisasi dan diberi orientasi arah, yang disebut "spin." Elektron dapat melakukan "spin up" atau "spin down" dan memungkinkan lebih banyak
menyimpan data daripada yang mungkin dilakukan dengan berbagai alat elektronik saat ini, menurut universitas. Setelah elektron terpolarisasi, mereka tetap berada disana, pada kasus graphene ini hampir lamanya adalah hampir seabad.
"Jadi, ini adalah jenis memori yang bisa sangat cepat dan itu bisa sangat tahan lama. Anda adalah atom yang bergerak. Tidak ada medan magnet besar," kata Kawakami. "Saya salah satu peneliti yang benar-benar merasa ngeri melihat pemikiran yang mengatakan teknologi baru ini dapat berguna. Saya pikir bagi kita, mungkin dalam waktu lima tahun kita bisa membuat satu perangkat bekerja.
Tim Kawakami bekerja pada injeksi spin listrik dari elektroda feromagnetik ke graphene, yang sampai saat ini tidak efisien, katanya. Dari perspektif teoritis, masa pakai putaran dari elektron adalah ribuan kali lebih pendek dari yang seharusnya. "Kami menginginkan putaran yang lebih tahan lama karena semakin lama maka anda dapat melakukan operasi yang lebih komputatif," katanya.
Tim Kawakami telah mampu memperpanjang masa hidup putaran melalui penggunaan lapisan nanometer-tebal isolasi, yang dikenal sebagai "penghalang terowongan," di antara elektroda feromagnetik dan lapisan graphene. Mereka menemukan bahwa efisiensi injeksi spin meningkat secara dramatis, katanya.
"Kami menemukan peningkatan 30 kali lipat dalam efisiensi tentang bagaimana spin disuntik oleh kuantum terowongan di insulator dan masuk ke graphene," kata Kawakami.
Kawakami mengatakan bahwa penelitian pada komputasi spin berada pada tahap yang sama dengan gerakan dari tabung vakum untuk transistor pada tahun 1950. Setelah satu transistor diciptakan, pintu air ke komputer modern terbuka.
Setelah transistor spin-komputasi telah dibuat, katakanlah sekitar lima tahun, ia mengharapkan dukungan industri untuk meningkatkan dan produk konsumen mengikuti di bawah 10 tahun. Tim peneliti Kawakami dari tiga mahasiswa pascasarjana telah untuk pertama kalinya bergabung dengan insinyur elektro di universitas, yang merancang sirkuit yang akan membawa elektron melalui graphene tersebut.
Graphene menjadi sangat tenar pada akhir 2010 ketika para ilmuwan yang menemukan sifat-sifatnya sebagai bahan tertipis dan terkuat yang dikenal manusia
menerima Hadiah Nobel fisika. Graphene terdiri dari atom karbon dan tampak seperti kawat ayam atau kisi melalui mikroskop elektron.
Sampai saat ini, pengembangan spin elektronik telah diarahkan sepenuhnya terhadap memori. Dua tahun lalu, sekelompok peneliti di Rice University menunjukkan media penyimpanan data yang terbuat dari lapisan grafit hanya setebal 10 atom. Bahwa teknologi memiliki potensi untuk memberikan berkali kali lebih banyak kapasitas pada memori flash NAND saat ini dan dapat menahan suhu sebesar 200 derajat Celcius dan radiasi yang akan membuat memori solid-state disk hancur. Teknologi itu, misalnya, akan berguna pada satelit, yang terus dibombardir oleh radiasi matahari. Tapi para peneliti fokus pada menggabungkan aspek memori dengan kemampuan komputasi dari injeksi spin tunneling, berharap sekarang bahwa yang digunakan sudah tepat.
"Hal-hal yang telah hilang adalah bahwa bahan yang tepat (graphene) belum ada, di sisi lain, komputasi sirkuit konsep desain belum ada. Ini seperti ayam dan telur. Kita harus mengembangkan untuk memberikan motivasi yang lain. ", kata Kawakami.