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

 

Следы на песке
Следы на песке

Отборочный этап конкурса детских инженерных команд «Кванториада 2020»
С 20 ноября по 24 декабря проводится международный конкурс детских инженерных команд «Кванториада 2020».

Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи
Самарский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы (РАНХиГС) вместе с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) провели 2–3 ноября 2020 году Международную научно-практическую конференцию «Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи».

Нанотехнологии ужасные и могучие
В том, что касается осмысления новых технологий, научная фантастика отчетливо напоминает жертву БАР — очень модного сейчас биполярного аффективного расстройства. Писатели мечутся между двумя крайними состояниями, двумя полюсами: преувеличенным дофаминовым восторгом и тревожной депрессией, беспросветным ужасом перед грядущим. Чем больше ожиданий от технологии, тем глубже раскол, сильнее поляризация, реже «светлые промежутки» — и последние полвека нанотехнологии определенно входят в приоритетный список.

Курс экспресс - подготовки к теоретическому туру XV наноолимпиады
коллектив авторов
В кратком экспресс - курсе подготовки к успешному прохождению заочного отборочного теоретического тура XV Всероссийской Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" собраны самые необходимые материалы для наиболее активных и мотивированных участников.

Зоологический подход и искусственное обоняние
Пресс-служба МГУ
Ученые химического факультета и НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова сумели повысить способность искусственного обоняния идентифицировать близкие по химическим свойствам газы - метан и пропан. Ключом к успеху стал подход к обработке данных химических сенсоров, ранее применявшийся для анализа эволюционного родства животных, ископаемых видов, а также предков человека.

Зоопарк в багаже нанотехнолога
Гудилин Е.А.
Серебро в форме наночастиц - это целый мир, их форма и размер, а также то, как они вместе сосуществуют, играют очень большую роль в области их практического применения. И до сих пор это огромное разнообразие важно, и до сих пор оно оправдывает себя, и это редкий пример, когда именно наночастицы, а не только консолидированные наноматериалы и наноструктуры нужны для практики.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

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!



 
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.