Fágy M13 v akci. Atomy germania červeně, cínu zeleně. Kredit: SUTD.

Zní to jako konspirace s kladným znaménkem. Jakoby vědci vytvořili virus, se kterým se nabourají do počítače, pohrají si s vnitřnostmi operačního systému Windows nebo třeba Linux a nic netušící uživatel pak jenom bude zírat, jak jeho počítač nabral druhý dech. Bylo by to podivuhodné, ale o to v případě výzkumu odborníků amerického institutu MIT a singapurské Univerzity technologie a designu SUTD nešlo. I tak je to ale pozoruhodná a převratná záležitost.

Angela Belcher z MIT a její spolupracovníci skutečně použili virus, aby zrychlili počítače. Jenomže to nebyl sofistikovaný počítačový virus, ani virus s umělou inteligencí, nýbrž virus biologický, bakteriofág M13. Tohoto fága totiž zapojili do tvorby vylepšené počítačové paměti. Jejich výzkum nedávno publikoval časopis ACS Applied Nano Materials.

Všichni chtějí, aby počítače byly co nejrychlejší. Pokud zrovna nejde o kvantové počítače nebo fotonické počítače, tak klíčovou možnost ke zrychlení počítače nabízí zkrácení prodlení v řádu milisekundu, které obvykle doprovází výměnu informací mezi pamětí a pevným diskem. Tradiční paměť RAM (random access memory) je sice rychlá, ale zároveň i drahá a po vypnutí napájení zapomene uložená data. Pevný disk je pomalejší, ale zase udrží data i po vypnutí počítače. Jejich vzájemná komunikace počítač zdržuje.

Angela Belcher. Kredit: MIT

Jednu z možností, jak zařídit zkrácení zmíněného prodlení, představují paměti typu PCRAM (Phase-change RAM). Tyto paměti mohou stejně rychlé jako RAM paměti, udrží data i po vypnutí a mohou uchovávat ještě více dat než pevné disky. Technologie PCRAM pamětí využívá materiály, které se vratně přepínají mezi amorfním a krystalickým stavem. Až doposud ale bylo použití takových materiálů problematické.

Pro PCRAM by bylo možné použít binární materiály, jako je například antimonid galitý GaSb. Paměť s takovým materiálem ale může vést k vyšší spotřebě energie a kolem teploty 620 K (asi 350 °C) může dojít k oddělení složek materiálu. Z tohoto důvodu je obtížné začlenit takové binární materiály do procesu výroby elektronických obvodů. Během výrobních procesů jsou totiž materiály typicky vystaveny teplotám kolem 670 K (asi 400 °C).

Singapore University of Technology and Design.

Belcharová a její tým tento zásadní problém překonali využitím technologie nanodrátků. I s nanodrátky je ovšem problém. Obvykle se vyrábějí za teplot, které dosahují asi 720 K (tj. asi 450 °C). To je ještě horší, než při konvenční výrobě elektronických obvodů. Binární materiál by se při takové teplotě rozpadl. Jenomže Belcherová a spol., prý jako první v historii, využili při výrobě paměti služeb bakteriofága M13, který jim za nízkých teplot postavil nanodrátky z oxidu cínu a germania. Z těchto nanodrátků je pak možné vytvořit paměť typu PCRAM. Bakteriofág M13 je přitom oblíbenou hračkou nanotechnologů, kteří z něj vyvinuli šikovný a přizpůsobivý nástroj pro konstrukci rozmanitých nanostruktur.

Podle badatelů je to průlom. Teď se prý otevřela cesta k tomu, aby tvůrci počítačových komponent mohli eliminovat milisekundové prodlevy mezi pamětí a pevným diskem. Pokud se technologie pamětí PCRAM uchytí, tak by to mohla být zase o něco rychlejší jízda.

Video: Math Prize for Girls 2017 Keynote Dr. Angela Belcher, MIT


Literatura
ACS Applied Nano Materials online 20. 11. 2018.