物理学 > 应用物理
[提交于 2018年2月22日
]
标题: 基于电压控制的拓扑自旋开关用于超低能耗计算——性能建模与基准测试
标题: Voltage-Controlled Topological-Spin Switch for Ultra-Low-Energy Computing--Performance Modeling and Benchmarking
摘要: 一种使用混合拓扑绝缘体-磁性绝缘体多铁体的电压控制拓扑自旋开关(vTOPSS)被提出,该开关可以以低于10 aJ/位的能量和约$10^{-27}$ Js的能量延迟积实现布尔逻辑操作。 该器件使用一种拓扑绝缘体(TI),其在室温下将电场转换为自旋扭矩的效率是迄今为止观察到的最高,以及一种对给定自旋扭矩响应迅速的低磁矩磁性绝缘体(MI)。 我们提出了vTOPSS的操作理论,建立了其性能指标的分析模型,阐明了性能与尺寸和电压的关系,并将vTOPSS与现有的基于自旋和CMOS器件进行了基准测试。 与现有的基于自旋的器件,如全自旋逻辑和电荷-自旋逻辑相比,vTOPSS具有100$\times$的更低能量耗散和(40-100)$\times$的更低能量延迟积。 随着实验进展和材料性能的提高,我们表明vTOPSS的能量延迟积可以降低到$10^{-29}$ Js,与现有的CMOS技术相当。 最后,我们证明了在CMOS逻辑中主导性能的互连问题对于vTOPSS来说相对不那么重要,这意味着确实可以使用高电阻材料来互连vTOPSS器件。
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