Aby se neuvařila konvice

Objev Čecha Aleše Hrabce by mohl mnohonásobně zrychlit ukládání dat na pevné disky a snížit energetickou náročnost počítačů

Aby se neuvařila konvice
Aleš Hrabec | Markus Fischer

Kvůli karanténě jsme měsíce nevytáhli paty z domu, natož abychom se podívali do ciziny. Zato naše data cestovala jako divá; každý povel počítači vysílal naše jedničky a nuly přes půl zeměkoule do datového úložiště. Díky výzkumu českého vědce Aleše Hrabce budou jednoho dne veškerá naše data zůstávat doma (a cestovat budeme my).

 „V dnešním počítačích máme procesor, který je velmi rychlý a k tomu milionkrát pomalejší pevný disk, takže procesor neustále čeká. A nám se podařilo vymyslet nové technické řešení a obě zařízení spojit v jedno,“ popisuje nový objev Aleš Hrabec, který se věnuje vývoji nových materiálů a způsobům, jak ukládat digitální data. 

Eco friendly

Rychlejší ukládání dat má obrovský potenciál v chytrých domácnostech a dalších zařízeních, jež zpracovávají velké množství dat. Dnes tato data putují přes půl zeměkoule do datových úložišť, mimo jiné na Islandu nebo v Kanadě. Proč? Protože je tam chladno – tato úložiště mají obrovský výkon a potřebují chlazení, které by v našich klimatických podmínkách bylo energeticky velmi náročné.

Tradiční pevné disky – HDD (Hard-Disk Drive)

  • informace jsou ukládány do magnetických materiálů v bitech, které jsou založeny na kvantových vlastnostech elektronů – spinech. Ty mohou mířit nahoru nebo dolů a odpovídají tak jedničkám a nulám, ve kterých ukládáme veškeré digitální informace 
  • využívají von Neumannovo schéma, které bylo objeveno již v roce 1945
  • do budoucna neumožňují další vylepšení, kvůli fyzikálním limitům používaných materiálů a technologií (tzv. Moorův zákon)

Nový objev – pevný disk a procesor v jednom 

  • spojení pevného disku a procesoru
  • umožní zpracovat a zároveň uložit data 
  • přináší zcela nový koncept, boří tradičně používané von Neumannovo schéma a tím otvírá zcela nové možnosti vývoje počítačů 
  • využívá nové magnetické materiály 

SSD (Solid-State Drive) disky 

  • polovodičový disk
  • „konkurent“‎ magnetických pevných disků
  • neobsahuje pohyblivé mechanické části
  • lepší výkon, ale dražší

Kvantové počítače

  • potřeba zcela nové technologie – pracují na nich společnosti jako IBM a Google, ale vědci brzkému úspěchu příliš nevěří

Počítač, který by data dokázal zpracovat a také rovnou ukládat, by byl efektivnější, levnější, bezpečnější a také energeticky méně náročný. „Dnes, když na počítači zmáčknu Enter, abych něco vyhledal, data putují přes celou zeměkouli, a to je energeticky stejně náročné, jako když uvařím konvici vody,“ říká Hrabec. 

Od teorie k praxi 

Na začátku byla banální otázka základního výzkumu. Magnetický materiál je popsán směrem magnetizace a ta může být obecně v rovině nebo k ní kolmá. „Nás zajímalo, co se stane, když dáme tyto dvě magnetizace k sobě. Zjistili jsme, že na rozhraní se odehrávají zcela unikátní děje,“ popisuje vědec. Tento objev základní fyziky publikovali loni v prestižním časopise Science. To byl však jen začátek; ve výzkumu pokračovali: „Zjistili jsme, že data dokážeme nejen ukládat, ale v tomtéž místě i zpracovat,“ vysvětluje. Objev si patentovali a vědecké výsledky letos publikovali v druhém z nejprestižnějších vědeckých časopisů Nature.

Den vědce

I když Aleš Hrabec zkoumá ukládání digitálních dat, jeho výzkum v laboratoři je stále hodně manuální. Na křemíkové destičky nanáší tenké vrstvy nových magnetických materiálů. Poté ve speciálním obleku přechází do velmi čistých prostor. „Pracujeme ve speciálních podmínkách bez prachu a nečistot, kde z destiček vyrábíme elektrické nanoobvody,“ popisuje. V posledním kroku, opět v běžné laboratoři, provádí elektrická a další měření.

Šance na praktické využití je velká. Nový objev je totiž založen na již existující technologii, nepotřebuje zcela nová technická řešení, jako například kvantové počítače. „Už nás kontaktovaly dvě klíčové komerční společnosti a chtějí s námi spolupracovat na výrobě prototypů,“ říká Aleš Hrabec. 

Podle něho jsou takové spolupráce důležité „My jsme vědci, potřebujeme spolupracovat s vývojáři a inženýry, kteří nám pomohou s přenesením našich výsledků do praxe,“ říká. „Naopak komerční společnosti potřebují vědce a základní výzkum, který přináší nové revoluční myšlenky a technologie, které pak mohou dále rozvíjet.“

Aleš Hrabec (35)

Absolvent Vysokého učení technického v Brně. Aktuálně působí jako vědec na ETH Zurich. Věnuje se výzkumu magnetických materiálů, především spintronice, kde se kombinují elektrické vlastnosti materiálů, které se využívají v běžných tranzistorech, s kvantovými spiny.

Autorka je stálou spolupracovnicí redakce, působí na Univerzitě Karlově

Týdeník hrot

  • Let č. 666
  • Česku chybí řepka
  • Krizové letopisy
Objednat nyní