Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный

Согласно маркетинговым исследованиям, к 2008 году количество компьютеров во всём мире превысит 1 миллиард, а к 2015 году - 2 миллиарда. Согласно данным Department of Energy, среднее потребление энергии для домашних ПК - 262 кВтч в год; для портативных компьютеров - 77 кВтч. Таким образом, в 2008 компьютеры израсходуют приблизительно 200 миллиардов кВтч электроэнергии (примерно столько же тратят жители Нью-Йорка за 5 лет).
Типичный NEMSET. Колебательный контур слева позволяет применять как переменный, так и постоянный ток. Регистрируемый ток зависит от положения наноколонны в центре. В этом эксперименте электроды затвора заземлены.
Типичный NEMSET. Колебательный контур слева позволяет применять как переменный, так и постоянный ток. Регистрируемый ток зависит от положения наноколонны в центре. В этом эксперименте электроды затвора заземлены.
Для производства такого количества энергии необходимо огромное количество топлива, при сжигании которого выделится приблизительно 128 миллионов тонн CO2 (по данным Environmental Protection Agency, производство 1 кВтч энергии сопровождается выделением 0.64 кг CO2). И всё это - только настольные компьютеры и ноутбуки, не учитывая огромное количество разнообразных чипов, которые используются в других электронных устройствах.

Исследователи предлагают создать наномеханический компьютер (nanomechanical computer – NMC), основанный на наноэлектромеханических (nanoelectromechanical system – NEMS) компонентах, который будет характеризоваться значительно меньшим потреблением энергии. Есть три основных причины для создания такого компьютера:

1. механические элементы значительно лучше переносят перепады напряжения, чем динамическое ОЗУ (dynamic random access memory – DRAM), основанные на технологии комплементарного металло-оксидного полупроводника (complimentary metal oxide semiconductor – CMOS); 2. потребление энергии значительно меньше, чем у CMOS; 3. рабочая температура NMC может быть значительно выше, чем у CMOS.

На настоящий момент, такой механический компьютер существует только гипотетически. Однако сокращение энергопотребление компьютеров (а не увеличение, как это происходит с приходом новых поколений чипов) является важной задачей.

Вычислительное устройство, основанное на NEMS, могло бы стать альтернативой микропроцессорам, от которых требуется надежность, низкий расход энергии и устойчивость к высоким температурам. Текущие рабочие частоты наноэлектромеханических одноэлектронных транзисторов (NEMSETs) не превышают 1 ГГц. Это делает их неконкурентоспособными стандартным CMOS в тех областях применения, где важна скорость обработки информации.

Разностная машина Чарльза Бэббиджа. Это первая полностью автоматическая вычислительная машина.
Разностная машина Чарльза Бэббиджа. Это первая полностью автоматическая вычислительная машина.
Однако механические компьютеры найдут своё применение в областях, где важно снизить потребление энергии и повысить надёжность, например, автомобильная промышленность (необходима термостойкость) или игрушки и бытовая техника (уменьшение расхода энергии). И, конечно, военные заинтересуются NMC, потому что в отличие от кремниевых чипов, наномеханические устройства не восприимчивы к электромагнитному пульсу, который противник может использовать для выведения электроники из строя.

Идея механического компьютера возвращает нас к разностной машине Чарльза Бэббиджа. Первая разностная машина состояла приблизительно из 25 000 частей общим весом около 13 600 кг. Позже появилась улучшенная модель, "Разностная машина №2". Эта машина позволяла получать результат с точностью до 31 цифры, что превышает возможности обычного современного калькулятора.

Разностная машина Бэббиджа вдохновила Robert H. Blick и Lynn H. Matthias из University of Wisconsin-Madison на создание аналога «14 тонного монстра» в наномасштабе. В статье ("A nanomechanical computer—exploring new avenues of computing") они высказывают идею создания наномеханического компьютера.

Авторы считают, что NMC, основанный на сверхтвёрдых материалах, типа алмаза, сможет функционировать при высоких температурах. "Рабочая температура может достигать 500°C. Это представляет большой интерес для космических операций и эксплуатации в других агрессивных окружающих средах или когда доступ к электроэнергии ограничен".

В отличие от современной электроники, где для выполнения операции над двоичными числами используется ток, NMC будет использовать перемещения для выполнения вычислений (аналогично принципу, реализованному в разностной машине Бэббиджа). Blick и его коллеги в настоящее время делают первые транзисторы, необходимые для этого компьютера. "Мы продемонстрировали работу отдельных элементов этих транзисторов", - говорит Blick. Он также уверен, что будут созданы работающие схемы.

В то время как полноценные NMC – далёкое будущее, наиболее перспективными являются гибридные чипы, в которых NMC будут реализованы на кремниевой основе и объединены с традиционным CMOS. Такие устройства были бы более конкурентоспособными и потребляли бы меньше электроэнергии, чем современные чипы-«прожигатели энергии».

Кроме того...
От чего они могут спасти мир?
Весной 1929 года некто Патрик Мерфи вышел из бара в Бисби...
Рисунки в пустыне Наска. Пришельцев нет
Перуанское плато Наска и...
Смертный приговор витаминам
Неожиданное заявление сделали ученые Копенгагенского...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Чинук-программа побеждает человека в шашках
Чинук-программа побеждает человека в шашках Чинук-программа побеждает человека в шашках
Шашки хакнули. Или, как ещё говорят, крякнули. Словом, "код шашек" взломан и ничего загадочного в этой игре не осталось
Посадить на клей
Посадить на клей Посадить на клей
Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно
Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный
Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный
Согласно маркетинговым исследованиям, к 2008 году количество компьютеров во всём мире превысит 1 миллиард
Детектор преступных замыслов
Детектор преступных замыслов Детектор преступных замыслов
Департамент национальной безопасности (ДНБ) США разрабатывает программу
Создано ветряное зарядное устройство для мобильников
Создано ветряное зарядное устройство для мобильников Создано ветряное зарядное устройство для мобильников
В скором времени в продажу может поступить необычное зарядное устройство для сотовых телефонов, работающее от ветра
"Искусственные мускулы" добывают электроэнергию из волн
"Искусственные мускулы" добывают электроэнергию из волн
Японская компания Hyper Drive неподалеку от побережья Флориды провела полевые испытания плавучего электрогенератора
Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор
Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор Sharp создала самый тонкий в мире ЖК-телевизор
Компания Sharp объявила о выпуске самого тонкого и яркого в мире ЖК-телевизора
Околозвездное облако жизни
Околозвездное облако жизни Околозвездное облако жизни
Синтез первичного органического вещества - одна из самых загадочных стадий происхождения жизни
На топливных баках шаттлов обнаружены трещины
На топливных баках шаттлов обнаружены трещины На топливных баках шаттлов обнаружены трещины
В воскресенье руководство NASA заявило, что на топливных баках шаттлов, запуск которых планируется до конца 2007 года
Уран лишился одного из своих колец
Уран лишился одного из своих колец Уран лишился одного из своих колец
Результаты наблюдений, проведённых с помощью телескопа Keck II на Гавайях, показали
Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин
Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин Психологи уравняли болтливость женщин и мужчин
Женщины произносят в день больше слов, чем мужчины, однако болтают столько же. Как это так? А вы у них спросите
Антидепрессанты вызывают преждевременные роды
Антидепрессанты вызывают преждевременные роды Антидепрессанты вызывают преждевременные роды
Во время беременности опасно принимать антидепрессанты, потому что эти лекарства повышают риск преждевременных родов
Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение
Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение Обычная пневмония может вызвать легочное кровотечение
К пневмониям принято относиться не очень серьезно, однако некоторые формы пневмонии смертельно опасны для человека
Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше
Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше Эпидемии распространяются быстрее, чем раньше
Развитая сеть авиационных маршрутов, обслуживающая 2,1 млрд. пассажиров в год, способствует тому
Одноразовый подгузник
Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще
Потепление требует встречи без галстуков
Потепление требует встречи без галстуков Потепление требует встречи без галстуков
Принято считать, что главные проблемы галстука – это сложность его завязывания и то, что он, собака, душит

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
    Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
014