Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Разностная машина Чарльза Бэббиджа. Это первая полностью автоматическая вычислительная машина.
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.

Наномеханический компьютер: надёжный и экономичный

Ключевые слова:  CMOS, микроэлектроника, нанотехнология, периодика, транзистор

Опубликовал(а):  Кушнир Сергей Евгеньевич

02 августа 2007

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). 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:

  • 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);
  • потребление энергии значительно меньше, чем у CMOS;
  • 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. 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».


В статье использованы материалы: Nanowerk, New Journal of Physics


Средний балл: 10.0 (голосов 2)

 


Комментарии
Shvarev Alexey Y, 06 августа 2007 11:08 
Вах! Колебательный контур имени Герца слева!
А если ядрена бомба долбанет рядом, наноколонна не дрогнет?
Ну если нано-ядерная бомба долбанет, наноколонна развалится-)
Shvarev Alexey Y, 06 августа 2007 11:14 
Кто программировал PIC контроллеры на 32кГц? И скоко энергии оне жруть? Получая энергию от литий-ионки они вам будут работать десять лет вперед.
Ядреные бомбы тоже будут скоро нано-бомбами!! и никаким наноколоннам они тогда страшны не будут! Ура!! надо рожать нанодетей и взращивать нанопоколение! Как было у Пелевина "Поколение "П"". А у нас будет "Поколение "Н".
чтоб экономить энергию надо сервера на хостах держать а не у себя дома, ведь лучше на одну мощную "машину" залить 10-15 сайтов чем держать по одному дома...

Я работаю на PIC контролерах! действительно МК это уникальное изобретение которое практично и экономично

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Самоорганизация в природе
Самоорганизация в природе

4 февраля объявили лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке»
4 февраля в здании Минобрнауки РФ состоялась торжественное награждение лауреатов V Всероссийской премии «За верность науке». 11 научно-просветительских проектов были отмечены престижной наградой.

Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии
5 февраля в Московском университете в Шуваловском корпусе МГУ состоится Всероссийский съезд учителей и преподавателей химии, посвященный Международному году Периодической таблицы химических элементов, начало - 10 часов.

II Всероссийский химический диктант пройдет 18 мая 2019 года
В 2019 году периодическому закону Дмитрия Менделеева исполнится 150 лет! В честь великого открытия этот год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Одним из наиболее ярких событий, приуроченных к этому году, станет II Всероссийский химический диктант, который пройдет 18 мая и который в этом году выходит на международный уровень. Мероприятие было анонсировано в рамках церемонии открытия Международного года Периодической таблицы химических элементов 29 января 2019 года в Париже, в штаб-квартире ЮНЕСКО.

Самые необычные таблицы Менделеева на выставке Международного года Периодической таблицы химических элементов

6-8 февраля в Российской академии наук состоялось торжественное открытие Международного года периодической таблицы химических элементов в России и приуроченная к этому масштабная интерактивная выставка

Почувствовать живое...
Е.А.Гудилин, А.А.Семенова, Н.А.Браже
Неразрушающее исследование живых клеток и клеточных структур является в настоящее время важным направлением научных изысканий, которые во многих зарубежных и российских научных группах направлены на достижение вполне прагматической цели – разработку новых принципов биомедицинской диагностики и эффективных подходов в нарождающейся персональной медицине.

Российская газета: Перевернуть пирамиду. Президент РАН: как повысить наши шансы на Нобеля
Юрий Медведев
Почему Россия по числу Нобелей отстает от ведущих стран мира, уступая, например, даже маленькой Швейцарии? Замалчиваются ли достижения отечественных ученых? Почему без привлечения в науку российского бизнеса мы не сможем успешно конкурировать в борьбе за престижную научную премию? Об этом корреспондент "РГ" беседует с президентом РАН Александром Сергеевым, который побывал в Стокгольме на вручении Нобелевских премий и поделился своими впечатлениями.

Инновационные системы: достижения и проблемы
Олег Фиговский, Валерий Гумаров

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.