Розроблено 3d комп'ютерні чіпи, що в 1000 разів швидше, ніж кращі з існуючих на сьогодні


Новий метод проектування і створення комп'ютерних чіпів може призвести до можливості блискавичної обробки даних, принаймні в тисячу разів більш швидкою, ніж у кращих існуючих на сьогоднішній день чіпів.

Новий метод

метод

Новий метод, який заснований на матеріалах, званих нанотрубками, дозволяє вченим конструювати чіп в трьох вимірах. Тривимірний дизайн дозволяє вченим зв'язати між собою пам'ять, яка здійснює зберігання даних, і сам процесор в тому ж крихітному обмеженому просторі. Скорочення дистанції між двома елементами може значно скоротити час, який комп'ютери затрачають на те, щоб виконувати свою роботу.

Уповільнення прогресу

Неймовірний прогрес в обчислювальній потужності протягом останніх п'ятдесяти років багато в чому обумовлений можливістю створювати більш дрібні кремнієві транзистори, трехзубцевие електричні вимикачі, які виконують логічні операції комп'ютера. Відповідно до закону Мура, який був сформульований в 1965 році, число транзисторів на силіконовому чипі буде збільшуватися в два рази кожні два роки. І передбачення Мура виявилися правдою – транзистори з кожним роком ставали все менше в розмірах, і на чіпі їх вміщувалося все більше і більше. Сьогодні найменші з них можуть бути розміром всього в п'ять нанометрів. Зменшення розмірів, однак, означає, що квантові ефекти частинок в такому масштабі можуть порушити функціонування. Тобто існує ймовірність того, що закон Мура стане неактуальним протягом найближчого десятиліття. Крім того, зменшення самих транзисторів не може вже так переконливо впливати на поліпшення продуктивності комп'ютерів.

Довгий час комутації

чіпи

Основна перешкода на шляху виникнення набагато більш швидких комп'ютерів – це не досягнення потрібної швидкості процесора, а проблеми з пам'яттю. Аналіз великих даних вимагає від комп'ютера вилучення крихітного шматочка інформації з величезної кількості потенційно невідомих раніше даних. Потім комп'ютер повинен здійснити трансфер даної інформації за допомогою електричного сигналу, переданого по проводах від пам'яті до процесора і назад, весь час шляху борючись з електричним опором, що уповільнює рух. Якщо ви спробуєте зробити це на вашому комп'ютері, то 96% займають очікування, коли ви не будете робити абсолютно нічого. І при цьому ви витрачаєте величезну кількість енергії даремно. Поки процесор чекає дані, щоб потім відправити сигнал назад пам'яті, ваш комп'ютер споживає енергію, хоча він не зайнятий ніякими підрахунками. Однак вирішення проблеми часу комутації процесора і пам'яті не таке й просте. Ці два компоненти не можуть бути встановлені на одну пластину, так як силіконові елементи в процесорі нагріваються до 1000 градусів за Цельсієм, у той час як металеві елементи жорстких дисків плавляться при такій температурі.

Вуглецеві нанотрубки

Щоб обійти цю проблему, учені звернули увагу на інший матеріал – вуглецеві нанотрубки, крихітні сітчасті стрижні, зроблені з атомів вуглецю, які можуть функціонувати при низьких температурах. Крім того, обов'язково варто відзначити, що вуглецеві нанотрубки (звані також УНТ) мають електричні властивості, які повторюють властивості, притаманні звичайним кремнієвим транзисторам. Якщо порівняти кремнієвий транзистор і транзистор УНТ, то останній незаперечно виграє. Це був би набагато більш якісний транзистор, він би функціонував швидше, але при цьому використовував би менше енергії. Проте синтез нанотрубок відбувається безладним чином, який нікуди не годиться для створення комп'ютерних схем. Таким чином, вчені створили новий спосіб синтезу нанотрубок в спеціальних вузьких канавках, які направляють нанотрубки відповідно до необхідних нормами. Але була ще одна перешкода. У той час як 99,5% нанотрубок вирівнюються, кілька залишилися все одно будуть невідповідними. Щоб вирішити цю проблему, дослідники з'ясували, що створення крихітних отворів всередині чіпа може гарантувати, що чіп буде працювати навіть в тому випадку, якщо на ньому присутні непрямі нанотрубки. Ще однією проблемою став той факт, що ці трубки також мають властивості напівпровідника, тобто вони можуть повести себе не так, як потрібно, і немає методу, здатного це передбачити. Ці рідкісні трубки можуть зіпсувати весь чіп, а кілька зіпсованих чіпів вже повністю позбавляють їх виробництво фінансового сенсу. Проте вчені змогли "відключати" трубки з функціями напівпровідників, залишаючи лише ті, які будуть виконувати функції провідників.

Перший комп'ютер

У 2013 році був побудований перший комп'ютер на УНТ. Однак він виявився повільним, громіздким, мав відносно небагато транзисторів. Тепер же вчені сконструювали систему для укладання пам'яті і верств транзисторів з крихітними проводами, їх з'єднують. Новий дизайн скоротив час комутації транзисторів і пам'яті, і в результаті подібна архітектура здатна давати швидкодію в тисячу разів більш високе, ніж будь-які існуючі сьогодні чіпи.

Поділися в соц мережах: