Фэншуй в технологии

Далекую Азию мы знаем по стереотипам: экзотическая кухня, своеобразный менталитет, роботы, аниме, фэншуй. Но, кроме рынков сверчков и праздников драконов, на территориях от Японии до Сингапура расположились еще и научно-исследовательские лаборатории, оборудованные по последнему слову XXI века. И занимаются они актуальными вещами!

3951 0 0

отправить по e-mail

НАСТУПАЯ НА ПЯТКИ МУРУ

РОБОТЫ AIBO И ДЕШЕВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА, безусловно, делают притягательным азиатский рынок для потребителей. Однако с каждым годом гаджеты сливаются в один равномерный пласт флагманов и середнячков, отличающихся друг от друга только размерами и вычислительной мощностью. И если с размером можно играть сколько угодно, то вот вычислительные мощности упираются в жесткий и осязаемый закон Мура. Он гласит, что каждые два года (по расчетам инженеров Intel – каждые полтора) производительность процессоров должна удваиваться, но однажды она упрется в максимальное количество транзисторов на квадратный миллиметр.

ГОД ЗА ГОДОМ специалисты в лабораториях Intel, IBM, Nvidia, AMD и многих других корпораций ухитряются увеличить скорость работы микропроцессоров путем создания новых систем команд и использования параллельных вычислений. Но на горизонте уже маячит физическая невозможность уменьшать транзисторы – однажды человечество достигнет такого уровня миниатюризации, что в ход вступят квантовые силы, которые будут мешать их обычной работе, а значит, и хранить и обрабатывать данные на процессоре будет невозможно.

Сканирующий туннельный микроскоп. Иллюстрация: Martha Burger, www.environmentandsociety.org

ТЕМ НЕ МЕНЕЕ, ученые из Института фундаментальных наук Южной Кореи уверены, что смогут продлить жизнь закона Мура еще на несколько десятилетий. Им удалось использовать атом гольмия, чтобы записать на него один бит информации. С помощью сканирующего туннельного микроскопа атом подвергался воздействию электрического импульса, из-за чего менялось его магнитное спиновое состояние, а благодаря специально разработанному сенсору, содержащему атом железа, удается считать состояние атома-хранилища и убедиться, что оно остается стабильным в течение нескольких часов. Но самое интересное происходит, если расположить два атома гольмия рядом на расстоянии одного нанометра. Происходит… ничего. По ожиданиям ученых, магнитные поля атомов должны влиять друг на друга, но они остаются стабильными. Как только этот феномен будет исследован и понят, можно снова уменьшать микропроцессоры уже до квантовых размеров.

ТЕРНАРНУЮ ЛОГИКУ В МАССЫ

ЕЩЕ ОДНИМ СПОСОБОМ ускорить наши компьютеры может стать изменение архитектуры. Сейчас наиболее узким местом во всех гаджетах является память. Самая быстрая расположена прямо на процессоре, в ячейках, которые называются регистры процессора. Доступ к ним в большинстве случаев имеет только сам процессор. С уменьшением транзисторов процессор смог обрабатывать больше команд, а его размеры начали стремительно уменьшаться, и освободилось место для размещения кэша. Он гораздо медленнее регистров, но все еще в разы быстрее основной оперативной памяти. Про долговременную и энергонезависимую память и говорить нечего – это просто якорь, который напрочь тормозит обработку данных.

НО ЧТО ЕСЛИ ОБРАБАТЫВАТЬ данные там, где они хранятся, без постоянного считывания их в оперативную память, а потом и в регистры процессора? Новый тип памяти, ReRAM (resistive random-access memory, или «резистивная память с произвольным доступом»), который независимо разрабатывается сразу несколькими исследовательскими площадками, позволяет не просто хранить данные, но и обрабатывать их прямо на чипе, где они хранятся. ReRAM-чипы работают на возможности диэлектриков с большим сопротивлением становиться проводниками, если приложить к ним достаточно высокое напряжение.

Иллюстрация: Harry Campbell, www.spectrum.ieee.org

ОДНАКО ТАКИХ СОСТОЯНИЙ у элемента может быть не два, чтобы записать 1 или 0, а гораздо больше. Ученые из Наньянского технологического университета в Сингапуре разрабатывают прототип схемы, где данные хранятся в четырех состояниях. Причем для такой формы хранения подходит тернарная логика, которая работает с тремя состояниями данных. Учитывая, что сама по себе память ReRAM в перспективе быстрее и миниатюрнее, чем те же SSD-планки, так они еще и смогут сверхбыстро перемножать числа прямо в месте их хранения. А ведь если отбросить всю лирику, то скорость работы компьютера определяется тем, насколько шустро он складывает. ReRAM поможет делать это еще быстрее, убрав расходы на чтение и запись данных.

НАНОПРОЦЕССОРАМ – НАНОАНТЕННЫ

И ВОТ В РЕЗУЛЬТАТЕ удачного стечения обстоятельств размер процессоров уменьшается до нанометров! Новый тип хранилища данных берет часть работы по ее обработке, но все еще остается узкое место – передача данных между процессором и хранилищем. Электричество очень медленное, оно сведет на нет все улучшения, достигнутые ранее. В Институте фундаментальных наук Южной Кореи, с которым мы уже знакомы, работают над новой шиной передачи данных, основанной на плазмонах. Это квазичастица, которая отвечает за оптические свойства металлов. Кстати, именно из-за нее они кажутся блестящими.

НЕ СЕКРЕТ, что оптоволокно обладает большей скоростью передачи данных по сравнению с электрическими проводами. Чтобы преобразовать световой сигнал в электрический без потери в скорости, ученые нанесли на проводник шаблон произвольно расположенных наноотверстий, ставших, по сути, наноантеннами, благодаря которым пропускная способность проводника увеличилась в 40 раз. Наноантенны улавливают свет, преобразуют его в плазмоны, которые передают процессору уже электричество. Произвольное расположение отверстий позволяет избежать взаимодействия между антеннами, которые в этом случае функционируют независимо друг от друга. Это, в свою очередь, может позволить получать и отдавать информацию сразу по нескольким каналам. Правда, есть одна небольшая проблема – случайный шаблон отверстий не дает применять устройство для реальной передачи данных, поэтому каждый процессор пока придется настраивать под определенный оптоволоконный канал своим шаблоном.

ВСЕ ЭТО ПОКА далеко даже от рабочего прототипа – сейчас разработки находятся на начальных стадиях исследования и не покинут стен лабораторий в течение нескольких лет. А для любителей более прикладных изобретений в Национальном институте науки и технологий Южной Кореи разработали краску, которая превращает тепло в электричество. Достаточно просто покрасить ею поверхность, и можно ловить выделяемое тепло. Давно хотел покрасить свой ноутбук в черный цвет.

Наш журнал ММ Поддержать ММ

Технологии

Игорь Зубов

Машины и Механизмы