up
ua ru
menu


ASUS_Quiz_1.gif

logo minifile

::>Цифрова індустрія > 2013 > 08 > ...

Версія для друку
Переопублікувати статтю

26-08-2013


rss

У сфері нових технологій. Випуск 46

Техніка технікою, але ліфт ламається частіше, ніж сходи.
Станіслав Єжи Лєц

Ледь не щодня з'являються нові технології та наукові відкриття, які надалі змінять наш погляд на функціонування комп'ютерних систем і IT-техніки, значно підвищивши продуктивність їхньої роботи та розширивши функціональні можливості. З найцікавішими з них ми продовжуємо знайомити вас в циклі матеріалів «У сфері нових технологій».

Літній час – традиційна пора відпусток і навіть комп'ютерна індустрія завмирає на кілька місяців, щоб знову відновити бурхливу діяльність із початком нового шкільного року. Але от у лабораторіях і наукових університетах вчені продовжують вдосконалювати існуючі та створювати нові методи, закони, пристрої для поліпшення нашого з вами життя. Давайте розглянемо докладніше найцікавіші з них, фокусуючись у першу чергу на тих, які безпосередньо пов'язані з комп'ютерною тематикою. Даний матеріал ми побудуємо за принципом «від малого до великого», тобто спочатку проаналізуємо новини про матеріали та елементарні частинки, а потім перейдемо до готових пристроїв. Почнемо, мабуть, з інформації про… телепортацію.

Матеріали та елементарні частинки

Здійснено телепортацію кубіта в межах однієї мікросхеми

Якщо ви відразу ж згадали свої улюблені твори літератури чи кіно, у яких використовувалася телепортація предметів або людей з однієї точки Всесвіту в іншу, то поки рано говорити про відкриття таких можливостей перед людством. У цьому випадку мова йде лише про передачу інформації без використання традиційних каналів зв'язку між передавачем і приймачем. Вона була здійснена спільними зусиллями фахівців університетів Цюріха та Токіо.

У своєму експерименті вони використовували два квантові біти (кубіти), які знаходилися по різні боки однієї мікросхеми: один на стороні передавача, інший – приймача. При цьому квантові стани цих кубітів були взаємозв’язані між собою, і за законами квантової механіки зміна стану одного кубіта миттєво спричиняє аналогічну зміну в другому, незважаючи на фізичні відстані між ними. Тобто, для передачі інформації досить змінити лише стан кубіта на стороні передавача і, незважаючи на відсутність традиційних (провідних або бездротових) каналів зв'язку, стан другого кубіта зміниться аналогічним чином.

teleport

У проведеному експерименті відстань між кубітами становила всього 6 мм. Успішна передача проходила в 40% випадків, а точність відтворення отриманої інформації становила 88%. Але навіть такі результати вже вважаються великим проривом, адже попередні спроби проводилися на відстанях в 1000 разів менших, а налаштувати взаємозв'язок кубітів вдавалося лише в 1% випадків.

Що це дасть нам у майбутньому – можливість відмовитися від каналів зв'язку взагалі для миттєвої передачі неймовірно великих обсягів даних. Адже теоретично, відстань між об'єктами може бути наскільки завгодно великою.  

Графеновий транзистор може працювати на частотах 400 ГГц і вище

Багато вчених і аналітиків впевнені, що ера використання кремнієвих мікросхем наближається до закінчення, оскільки межі підвищення їхніх тактових частот і зменшення техпроцесу виготовлення майже досягнуті. Тому використання графену може суттєво розширити існуючі рамки та дати новий поштовх для розвитку комп'ютерних технологій. Зокрема, створені з його допомогою транзистори будуть більш компактними, ефективними та зможуть працювати на частотах 400 ГГц і вище. Єдина проблема полягає в тому, що графен – це провідник, а для транзисторів потрібний напівпровідник. Багато вчених поки безрезультатно намагаються різними способами створити в ньому заборонену зону, що дозволило б використовувати його в якості класичного напівпровідника.

First Transistor

Перший транзистор, створений співробітниками лабораторії Белла в 1947 році

Але, схоже, рішення цієї проблеми вимагало зовсім іншого підходу, який був успішно застосований ученим з Каліфорнійського університету Ріверсайд. У його основі лежить новий феномен, який до цього не застосовувався для створення транзисторів. Він одержав назву «Негативний опір» (Negative resistance): за певних умов, збільшення сили струму, який подається на графеновий транзистор, приводить до спадання напруги на ньому. Саме це дозволяє «закрити» транзистор.

У цей момент учені працюють над створенням базових схем на основі розроблених графенових транзисторів. Якщо їхні експерименти завершаться успішно, то вже через кілька років ми зможемо побачити принципово нові процесори та інші мікросхеми, рівень продуктивності яких буде суттєво вищий.

Створені графенові суперконденсатори з використанням дешевого техпроцесу

Традиційні суперконденсатори (або іоністори) – це особливий вид конденсаторів з дуже великою питомою потужністю, які можуть заряджатися та розряджатися майже миттєво. У той же час вони характеризуються дуже низьким показником щільності енергії, тому не можуть широко використовуватися в комп'ютерній техніці в якості батареї, але знайшли свою нішу в автомобілях. Однак інтеграція графену в процес їхнього виготовлення суттєво змінює стан речей.

Не заглиблюючись у фізичну конструкцію електрохімічних конденсаторів, відзначимо, що кількість накопиченої енергії прямо пропорційна ефективній площі використовуваних електродів. А враховуючи, що графен – найтонший з відомих матеріалів, то його ефективна площа поверхні дуже велика. Зокрема, кількість графену масою 1 грам має площу поверхні еквівалентну кільком тенісним кортам. Тому його використання в суперконденсаторах дозволяє суттєво підвищити щільність енергії, що дозволить їм успішно замінити традиційні літієві батареї.

Проблема ж полягала лише в розробці методу масового виробництва таких іоністорів на основі графену, які б відрізнялися хорошими показниками рентабельності. І, схоже, що фахівцям австралійського університету Монаш вдалося його створити. Вони стверджують, що розроблений ними метод дуже схожий на традиційний процес створення паперу, вихідним матеріалом у якому служить оксид графіту. Метод досить простий і дешевий для успішного застосування його в промисловому виробництві. А створені з його допомогою графенові іоністори мають відмінні показники: енергетична щільність рівна 60 Вт·г / літр, що співрозмірно зі свинцево-кислотними акумуляторами. При цьому вони зберігають 90% ємності після 50 000 циклів перезарядки і навіть здатні утримувати 90% заряду після 300 годин.

Що ж, можливо, уже в недалекому майбутньому саме графенові суперконденсатори стануть невід'ємною основою планшетів, смартфонів і ноутбуків, дозволяючи продовжити час їхньої автономної роботи та перезаряджати за лічені хвилини.      

Системна пам'ять

RRAM-пам'ять виходить на ринок у якості потенційної заміни NAND флеш-мікросхем

Crossbar! Запам'ятайте назву цієї компанії, адже вона має намір зробити справжній прорив у виробництві мікросхем флеш-пам'яті, витиснувши з ринку традиційні NAND флеш-чіпи. І це вже не просто теорія, адже Crossbar уже представила дослідні зразки своєї продукції, які зацікавили такі відомі компанії як Hynix, Panasonic і HP. Масове виробництво перших з них заплановане для вбудовуваних систем.

RRAM

Звичайно, освоєння нової технології та масове застосування її в нових пристроях не відбудеться за рік або два, але, враховуючи труднощі в процесі подальшого використання традиційної NAND флеш-пам'яті, перехід до нових видів мікросхем неминучий.

RRAM

Нагадаємо, що подальше зменшення техпроцесу виробництва NAND Flash спричиняє потребу в збільшенні ECC RAM-пам'яті, зниження терміну служби комірок, необхідність використання більш складних алгоритмів розподілу інформації між комірками, потребу в більшій кількості недоступної користувачу зарезервованої пам'яті та поліпшеному контролері.

RRAM

Що ж стосується мікросхем RRAM (також відомих як ReRAM), то принцип їхньої роботи полягає в створенні певного опору в комірках пам'яті замість безпосереднього збереження заряду в них. Саме величина цього опору і використовується для кодування логічних «0» і «1». При цьому мікросхеми ReRAM характеризуються меншою робочою напругою, значно вищим ресурсом запису та більш компактними розмірами.

Маленькі скручені магніти дозволять збільшити ємність HDD в 20 разів

Вчені Гамбурзького університету розробили спосіб зчитування та запису інформації, використовуючи скірміони (skyrmions) – маленькі скручені вузли з магнітними властивостями, які були теоретично описані в 1960-х роках британським фізиком Тоні Скірмі (Tony Skyrme). По суті, вони являють собою скручений вихор намагнічених атомів паладію.  При цьому намагніченість атома визначається спіном електрона – залежно від напрямку спіну магнітний полюс розташовується зверху або знизу атома. Традиційно, намагнічені атоми вирівнюються в одному напрямку, але в скірміонах вони формують скручений вихор (як показано на малюнку).

Skyrmions

У лабораторних умовах вченим вдалося створити стабільні скірміони із трьохсот атомів (кілька нанометрів), тоді як у традиційних феромагнітних матеріалах HDD-накопичувачів розміри базової комірки повинні становити мінімум десятки нанометрів, а якщо ні, то інформація може бути втрачена.

У майбутньому, використання скірміонів дозволить збільшити ємність накопичувачів до сотень терабайт або ж виготовляти неймовірно компактні пристрої обсягом кілька терабайт. Однак у даний момент використання цих компонентів вимагає дуже низьких температур, тому промисловий випуск нового покоління накопичувачів бачиться вченим не настільки близьким.

MSM-технологія дозволить створювати універсальні модулі пам'яті

У цей момент ми зустрічаємося з кількома видами пам'яті, кожен з яких відіграє свою роль у комп'ютерній системі, володіючи перевагами та недоліками. Зокрема, оперативна пам'ять працює на досить високих частотах, але для втримання інформації вимагає постійної подачі напруги. Флеш-пам'ять дозволяє зберігати записану інформацію і після відключення робочої напруги, але вона працює значно повільніше та має обмежений ресурс використання. Традиційні HDD-накопичувачі досить дешеві, але не можуть похвалитися високою продуктивність і мають механічні компоненти, що приводить до зменшення рівня надійності та наявності шуму й вібрації в процесі роботи.

magnetless spin memory

Усіх їх у недалекому майбутньому можуть замінити універсальні MSM-модулі, основи розробки яких заклали фахівці Єрусалимського університету. У своїх дослідженнях вони опиралися на той факт, що електрони, крім власного заряду, мають і момент імпульсу (спін), який забезпечує їм магнітні властивості. Пропускання електричного струму (тобто потоку електронів) через певні матеріали приводить до створення намагнічених наномагнітних шарів або наночастинок. Це й становить основу технології MSM-пам'яті (Magnetless Spin Memory), яка не вимагає використання постійних магнітів.

Надалі, створені намагнічені наночастинки можна використовувати в якості універсальних модулів пам'яті, у яких кожна з них служить для запам'ятовування біта інформації. Потенціал даної технології величезний – вона дозволяє створювати дешеві універсальні пристрої на основі мікросхем пам'яті з великим обсягом і низьким споживанням енергії.


Социальные комментарии Cackle
Пошук на сайті
Поштова розсилка
top10

vote

Голосування