Kas atsitiko su DNR skaičiavimu?

Kai 1947 m. buvo sukurtas pirmasis tranzistorius, mažai kas galėjo įsivaizduoti šio įrenginio – jungiklio, kuris yra loginių lustų centre, – galimą poveikį.

Turime dėkoti siliciui už puikų skaičiavimo perėmimą. Į elementą įpilkite žiupsnelį priemaišų, o silicis sudaro beveik idealią medžiagą kompiuterių lustų tranzistoriams.

Skaičiavimo problema

Ši istorija buvo mūsų 2021 m. lapkričio mėn. numerio dalis



kur yra memas
  • Žr. likusią numerio dalį
  • Prenumeruoti

Daugiau nei penkis dešimtmečius inžinieriai vėl ir vėl mažino silicio tranzistorius, kurdami vis mažesnius, greitesnius ir energiją taupančius kompiuterius. Tačiau ilga technologinių pergalių serija – ir tai įgalinusi miniatiūrizacija – negali tęstis amžinai. Reikia technologijų, kurios nugalėtų silicį, nes mes pasiekiame didžiulius jo apribojimus, sako Nicholas Malaya, Kalifornijos AMD skaičiavimo mokslininkas.

Kokia galėtų būti ši įpėdinė technologija? Per pastaruosius 50 metų netrūko alternatyvių skaičiavimo metodų. Štai penki įsimintiniausi. Visi turėjo daug ažiotažo, tik buvo sutramdyti silicio. Bet galbūt jiems dar yra vilties.

spintronikos piktograma

Spintronika

Kompiuterių lustai yra sukurti pagal elektronų srauto valdymo strategijas, tiksliau, jų krūvį. Tačiau, be krūvio, elektronai taip pat turi kampinį impulsą arba sukimąsi, kurį galima manipuliuoti magnetiniais laukais. Spintronika atsirado devintajame dešimtmetyje su mintimi sukimas gali būti naudojamas bitams pavaizduoti : viena kryptis galėtų atstovauti vienas ir kitas 0 .

Teoriškai spintroninius tranzistorius galima padaryti mažus, kad būtų galima tankiai supakuoti lustus. Tačiau praktiškai buvo sunku rasti tinkamų medžiagų joms sukurti. Tyrėjai teigia, kad dar reikia atlikti daug pagrindinių medžiagų mokslo.

Nepaisant to, spintroninės technologijos buvo komercializuotos keliose labai specifinėse srityse, sako Gregory Fuchs, taikomasis fizikas iš Kornelio universiteto Itakoje, Niujorke. Iki šiol didžiausia spintronikos sėkmė buvo nepastovi atmintis, kuri apsaugo nuo duomenų praradimo elektros energijos tiekimo sutrikimo atveju. STT-RAM (sukimo momento laisvosios kreipties atminčiai) gaminama nuo 2012 m., ją galima rasti debesų saugyklose.

Memristoriai

Klasikinė elektronika pagrįsta trimis komponentais: kondensatoriumi, rezistorius ir induktorius. 1971 m. elektros inžinierius Leonas Chua iškėlė teoriją apie ketvirtąjį komponentą, kurį pavadino memristoriumi, atminties rezistorių. 2008 m. Hewlett-Packard mokslininkai sukūrė pirmąjį praktinį memristorių, naudodami titano dioksidą.

Tai buvo įdomu, nes memristorius teoriškai galima naudoti ir atminčiai, ir logikai. Įrenginiai prisimena paskutinę įjungtą įtampą, todėl išsaugo informaciją net išjungę. Nuo įprastų rezistorių jie skiriasi ir tuo, kad jų varža gali keistis priklausomai nuo įjungtos įtampos dydžio. Toks moduliavimas gali būti naudojamas loginėms operacijoms atlikti. Jei atliekama kompiuterio atmintyje, šios operacijos gali sumažinti duomenų kiekį, kurį reikia perkelti iš atminties ir procesoriaus.

„Memristors“ debiutavo kaip nepastovi saugykla, vadinama RRAM arba ReRAM, skirta varžinei laisvosios kreipties atminčiai. Tačiau laukas vis tiek juda į priekį. 2019 m. mokslininkai sukūrė 5 832 memristorių lustą, kuris gali būti naudojamas dirbtiniam intelektui.

Anglies nanovamzdeliai

Anglis nėra idealus puslaidininkis. Tačiau tinkamomis sąlygomis iš jo galima suformuoti puikius nanovamzdelius. Anglies nanovamzdeliai pirmą kartą buvo sukurti į tranzistorius 2000-ųjų pradžioje, o tyrimai parodė, kad jie gali būti 10 kartų efektyvesnis nei silicis.

Tiesą sakant, iš penkių čia aptartų alternatyvių tranzistorių anglies nanovamzdeliai gali būti toliausiai. Į 2013 m , Stanfordo mokslininkai sukūrė pirmąjį pasaulyje funkcinį kompiuterį maitinamas tik anglies nanovamzdelių tranzistoriais , nors ir paprasta.

Tačiau anglies nanovamzdeliai linkę susisukti į mažus rutuliukus ir sulipti kaip spagečiai. Be to, dauguma įprastų sintezės metodų puslaidininkius ir metalinius nanovamzdelius sudaro netvarkingame mišinyje. Medžiagų mokslininkai ir inžinieriai tiria būdus, kaip ištaisyti ir pašalinti šiuos trūkumus. 2019 m. MIT mokslininkai naudojo patobulintus metodus, kad sukurti 16 bitų mikroprocesorių su daugiau nei 14 000 anglies nanovamzdelių tranzistorių . Tai dar toli nuo silicio lusto su milijonais ar milijardais tranzistorių, bet vis dėlto tai yra pažanga.

DNR skaičiavimas

1994 metais Los Andželo Pietų Kalifornijos universiteto kompiuterių mokslininkas Leonardas Adlemanas pagamino kompiuterį iš DNR sriubos. Jis parodė, kad DNR gali savarankiškai surinkti mėgintuvėlyje ir ištirti visus įmanomus kelius, susijusius su garsiojo keliaujančio pardavėjo problema. Ekspertai prognozavo, kad DNR skaičiavimas bus toks mušti silicio pagrindu pagaminta technologija, ypač naudojant masinį lygiagretųjį skaičiavimą. Vėliau mokslininkai padarė išvadą, kad DNR skaičiavimas nėra pakankamai greitas, kad tai padarytų.

ar egzistuoja žmogaus klonavimas

Tačiau DNR turi tam tikrų pranašumų. Tyrėjai įrodė, kad galima užkoduoti poezija , GIF ir skaitmeniniai filmai į molekules. Potencialus tankis yra stulbinantis. Visi pasaulio skaitmeniniai duomenys gali būti saugomi kavos puodelyje, pilname DNR, biologijos inžinieriai MIT anksčiau šiais metais paskelbtame dokumente. Laimikis kainuoja: vienas bendraautoris vėliau pasakė, kad norint konkuruoti su magnetine juostele, DNR sintezė turėtų būti šešiais dydžiais pigesnė.

Jei mokslininkai nesumažins DNR saugojimo išlaidų, gyvybės daiktai liks įstrigę ląstelėse.

kaip veikia daltonizmo akiniai

Molekulinė elektronika

molekulės piktograma

Tai įtikinama vizija: tranzistoriai vis mažėja, tad kodėl gi nepasirodžius juos iš atskirų molekulių ? Nanometro mastelio jungikliai būtų ypač ekonomiški, tankiai supakuoti lustai. Dėl to lustai netgi gali būti surinkti patys sąveikos tarp molekulių .

2000-ųjų pradžioje Hewlett-Packard ir kitur grupės lenktyniavo, kad chemija ir elektronika dirbtų kartu.

Tačiau po dešimtmečių darbo svajonė apie molekulinę elektroniką tebėra tokia. Tyrėjai išsiaiškino, kad pavienės molekulės gali būti smulkios ir veikti kaip tranzistoriai tik labai siauromis sąlygomis. Niekas neparodė, kaip vienos molekulės įrenginius galima patikimai integruoti į masiškai lygiagrečią mikroelektroniką, sako Albertos universiteto chemikas Richardas McCreery.

Svajonė apie molekulinę elektroniką visiškai nemirė, tačiau šiomis dienomis ji iš esmės nukrenta į chemijos ir fizikos laboratorijas, kur tyrinėtojai tęsia. stengiasi sukurti be galo nepastovias molekules elgtis.

Kas bus toliau?

Silicis vis dar karaliauja, bet laikas bėga visų mėgstamam puslaidininkiui. Naujausias Tarptautinis įrenginių ir sistemų planas (IRDS) Manoma, kad po 2028 m. tranzistoriai nustos mažėti ir kad integriniai grandynai turės būti išdėstyti trimis matmenimis, kad būtų galima sukurti greitesnius ir efektyvesnius lustus.

Tai gali būti laikas, kai kiti skaičiavimo įrenginiai randa angą, bet tik kartu su silicio technologija. Tyrėjai tiria hibridinius lustų gamybos būdus. 2017 m. mokslininkai, pasiekę pažangą kurdami anglies nanovamzdelių tranzistorius, sujungė juos su nepastovių memristorių ir silicio prietaisų sluoksniais – prototipu, leidžiančiu pagerinti greitį ir energijos suvartojimą skaičiavimo srityje, atsitraukiant nuo tradicinės architektūros.

Klasikiniai silicio lustai vis tiek padarys tam tikrą pažangą, sako AMD Malaya. Tačiau, priduria jis, manau, kad ateitis bus nevienalytė, kurioje visos technologijos bus naudojamos tikriausiai papildant tradicinį skaičiavimą.

Kitaip tariant, ateitis vis tiek bus silicis. Bet tai bus ir kiti dalykai.

Lakshmi Chandrasekaran yra laisvai samdomas mokslo rašytojas, gyvenantis Čikagoje .

paslėpti

Faktinės Technologijos

Kategorija

Neįtraukta Į Kategorijas

Technologijos

Biotechnologija

Technikos Politika

Klimato Kaita

Žmonės Ir Technologijos

Silicio Slėnis

Kompiuterija

Mit Naujienų Žurnalas

Dirbtinis Intelektas

Erdvė

Išmanieji Miestai

Blockchain

Funkcijų Istorija

Alumni Profilis

Alumnų Ryšys

Mit Naujienų Funkcija

1865 M

Mano Vaizdas

77 Mass Ave

Susipažink Su Autoriumi

Dosnumo Profiliai

Matytas Miestelyje

Alumnų Laiškai

Pamatyta Miestelyje

Žinios

2020 M. Rinkimai

Su Indeksu

Po Kupolu

Priešgaisrinės Žarnos

Begalinės Istorijos

Pandemijos Technologijų Projektas

Iš Prezidento

Viršelio Istorija

Nuotraukų Galerija

Rekomenduojama