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...
Смешители Фемиды. 10 самых невероятных исков
К невероятным и смешным судебным процессам нынче принято относится самым серьезным образом....
В Америке разработаны бумажные аккумуляторы
В американском Политехническом институте Ренслера (Rensselaer Polytechnic Institute, город Трой, штат...
Fiat
...
  • 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. Все ходы не только записаны, но и заранее просчитаны
Посадить на клей
Посадить на клей Посадить на клей
Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно. Но с одной оговоркой: если этот самолет - сборная модель из "Детского мира"
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, а к 2015 году - 2 миллиарда. Согласно данным Department of Energy
Детектор преступных замыслов
Детектор преступных замыслов Детектор преступных замыслов
Департамент национальной безопасности (ДНБ) США разрабатывает программу, которая позволит компьютеру определять преступные намерения человека по выражению лица и другим неконтролируемым признакам
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, использующего энергию волн
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. При длине диагонали дисплея в 52 дюйма толщина новинки составляет всего 20 миллиметров, а вес - 25 килограммов, сообщает Reuters
Проекторы для мобильных телефонов на подходе
Проекторы для мобильных телефонов на подходе Проекторы для мобильных телефонов на подходе
В сентябре начнется массовое производство миниатюрных проекторов для вывода картинок и видео с мобильного телефона на экран
Околозвездное облако жизни
Околозвездное облако жизни Околозвездное облако жизни
Синтез первичного органического вещества - одна из самых загадочных стадий происхождения жизни. Все больше ученых склоняется к мысли, что этот этап проходил не на Земле
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, с помощью рентгена удалось обнаружить микротрещины. По мнению NASA
Космический саботаж
Космический саботаж Космический саботаж
Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства в последнее время преследуют неудачи. Неизвестный сотрудник компании-подрядчика повредил два компьютера
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, что система колец Урана сильно изменилась по сравнению с состоянием 1986 года
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, уж они вам понарасскажут. Или поинтересуйтесь у мужчин, которые это выяснили
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, цитирует Reuters статью в «Американском журнале психиатрии» (American Journal of Psychiatry)
Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими
Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими Расселяясь из Африки, наши предки теряли гены и становились более похожими
Анализ краниометрических (то есть относящихся к промерам черепа) показателей современного человека свидетельствует о том, что все живущие ныне на Земле люди произошли от сравнительно небольшой группы особей
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, вызывая сильное кровотечение в легких
На Земле станет еще теплее
На Земле станет еще теплее На Земле станет еще теплее
Разработана модель, объясняющая, как течения мирового океана и деятельность человека повлияют на изменения климата в ближайшее десятилетие, сообщает BBC News со ссылкой на журнал Science
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, что эпидемии смертельно опасных заболеваний сегодня распространяются гораздо быстрее, чем раньше
В древнейших горных породах Земли нашли алмазы
В древнейших горных породах Земли нашли алмазы В древнейших горных породах Земли нашли алмазы
Группа немецких и австралийских геологов под руководством Мартины Меннекен (Martina Menneken) обнаружила в кристаллах циркона, возраст которых оценивается примерно в 4,3 миллиарда лет
В Тирренском море поймали кальмара-гиганта
В Тирренском море поймали кальмара-гиганта В Тирренском море поймали кальмара-гиганта
Рыбаки недалеко от итальянского острова Эльба в Тирренском море поймали гигантского кальмара весом в 18 килограммов и длиной почти в полтора метра
Одноразовый подгузник
Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще, то появление одноразовых можно проследить
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
  • На Земле станет еще теплееНа Земле станет еще теплее
    Разработана модель, объясняющая, как течения мирового океана и деятельность человека повлияют на изменения климата в ближайшее десятилетие, сообщает BBC News со ссылкой на журнал Science
  • Эпидемии распространяются быстрее, чем раньшеЭпидемии распространяются быстрее, чем раньше
    Развитая сеть авиационных маршрутов, обслуживающая 2,1 млрд. пассажиров в год, способствует тому, что эпидемии смертельно опасных заболеваний сегодня распространяются гораздо быстрее, чем раньше
  • В древнейших горных породах Земли нашли алмазыВ древнейших горных породах Земли нашли алмазы
    Группа немецких и австралийских геологов под руководством Мартины Меннекен (Martina Menneken) обнаружила в кристаллах циркона, возраст которых оценивается примерно в 4,3 миллиарда лет
  • В Тирренском море поймали кальмара-гигантаВ Тирренском море поймали кальмара-гиганта
    Рыбаки недалеко от итальянского острова Эльба в Тирренском море поймали гигантского кальмара весом в 18 килограммов и длиной почти в полтора метра
  • История изобретений
  • Одноразовый подгузник Одноразовый подгузник
    Если изобретение многоразовых подгузников теряется в бездне веков, так же как изобретение одежды вообще, то появление одноразовых можно проследить
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Чинук-программа побеждает человека в шашкахЧинук-программа побеждает человека в шашках
    Шашки хакнули. Или, как ещё говорят, крякнули. Словом, "код шашек" взломан и ничего загадочного в этой игре не осталось. Все ходы не только записаны, но и заранее просчитаны
  • Посадить на клейПосадить на клей
    Можно ли склеить самолет? Большинство наших современников ответят на этот вопрос утвердительно. Но с одной оговоркой: если этот самолет - сборная модель из "Детского мира"
  • Наномеханический компьютер: надёжный и экономичныйНаномеханический 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
  • Детектор преступных замысловДетектор преступных замыслов
    Департамент национальной безопасности (ДНБ) США разрабатывает программу, которая позволит компьютеру определять преступные намерения человека по выражению лица и другим неконтролируемым признакам
  • Техника
  • Космос
  • Околозвездное облако жизниОколозвездное облако жизни
    Синтез первичного органического вещества - одна из самых загадочных стадий происхождения жизни. Все больше ученых склоняется к мысли, что этот этап проходил не на Земле
  • На топливных баках шаттлов обнаружены трещиныНа топливных баках шаттлов обнаружены трещины
    В воскресенье руководство NASA заявило, что на топливных баках шаттлов, запуск которых планируется до конца 2007 года, с помощью рентгена удалось обнаружить микротрещины. По мнению NASA
  • Космический саботажКосмический саботаж
    Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства в последнее время преследуют неудачи. Неизвестный сотрудник компании-подрядчика повредил два компьютера
  • Уран лишился одного из своих колецУран лишился одного из своих колец
    Результаты наблюдений, проведённых с помощью телескопа Keck II на Гавайях, показали, что система колец Урана сильно изменилась по сравнению с состоянием 1986 года
014