Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Nowe rozumienie entropii umożliwi chłodzenie komputerów

Recommended Posts

Każdy, kto miał do czynienia z komputerem wie, że podczas pracy urządzenie to emituje ciepło. Tymczasem fizycy teoretyczni doszli do wniosku, że procesy obliczeniowe mogą czasem nie tylko nie generować ciepła, ale nawet chłodzić.

Profesor Renato Renner ze Szwajcarskieg Instytut Technologii (ETH) i Vlatko Vedral z Narodowego Uniwersytetu Singapuru i University of Oxford wraz z kolegami opisali w piśmie Nature w jaki sposób usuwanie danych może wywoływać efekt chłodzenia zamiast generować ciepło.

Uczeni zauważyli, że w pewnych warunkach gdy pojawia się kwantowe splątanie, dochodzi do chłodzenia. Niewykluczone, że możliwe będzie wykorzystanie tego efektu do chłodzenia superkomputerów. Uzyskanie kontroli na poziomie kwantowym, co jest konieczne do wykorzystania tego zjawiska do chłodzenia superkomputerów, będzie trudne ale nie niemożliwe. W ciągu ostatnich 20 lat byliśmy świadkami olbrzymiego postępu w technologiach kwantowych - mówi Vedral. Już dzisiaj, jego zdaniem, technika pozwala na przeprowadzenie eksperymentu z udziałem kilku bitów, który pozwoliłby na potwierdzenie teoretycznych obliczeń.

W roku 1961 Rolf Landauer, fizyk pracujący dla IBM-a sformułował swoją zasadę mówiącą, że wymazanie bitu informacji wymaga utraty energii w postaci ciepła. Wykazał też, że istnieje fizyczna granica minimalnego wydatku energii potrzebnego do wykasowania informacji. A to z kolei oznacza, że nadejdzie chwila, w której nie będzie możliwe zmniejszenie produkcji ciepła, co przy rosnącym zagęszczeniu układów elektronicznych i ich coraz bardziej wydajnej pracy oznacza, iż będą one produkowały coraz więcej ciepła. Obecnie taka sytuacja nam nie grozi, ale profesor Renner przewiduje, że granicę wyznaczoną przez Landauera możemy osiągnąć w ciągu 10-20 lat. Ciepło generowane przez usuwanie danych z 10-terabajtowego HDD liczone jest w milionowych częściach dżula. Jednak ilość ta sumuje się, gdy wykonujemy wielu operacji kasowania w ciągu sekundy.

Naukowcy dodali do zasady Laudauera rozważania na temat wartości kasowanego bitu. Jeśli znamy zawartość komórki pamięci, którą kasujemy, to teoretycznie możliwe jest usunięcie bitu w taki sposób, że możliwe będzie jego odtworzenie. Już wcześniej dowiedziono, że tego typu „odwracalne" kasowanie nie generuje ciepła.

W swoich rozważaniach Renner i Vedral posuwają się o krok dalej. Dowiedli oni teoretycznie, że jeśli kasowany bit jest kwantowo splątany ze stanem obserwatora, obserwator może wycofać energię cieplną z systemu w czasie usuwania bitów. A to oznacza, że kasowanie będzie chłodziło komputer.

Aby dojść do takich wniosków uczeni połączyli to, co na temat entropii mówią teoria informacji i termodynamika. W teorii informacji entropia to wynik pomiaru gęstości informacji. Dzięki niej dowiadujemy się np. jaką ilość miejsca w pamięci zajmie dana informacja po optymalnym skompresowaniu. W termodynamice entropia związana jest z nieuporządkowaniem systemu, np. rozłożeniem molekuł w gazie. Zwiększanie entropii wiąże się tutaj zwykle z dodawaniem energii w postaci ciepła.

Profesor Renner stwierdza: Wykazaliśmy, że w obu przypadkach na poziomie mechaniki kwantowej entropia opisuje to samo zjawisko. W obu przypadkach należy ją rozważać jako brak wiedzy.

Należy przy tym wziąć pod uwagę fakt, że obiekt nie ma stałej entropii, ale zależy ona od obserwatora. Jeśli zatem dwie osoby będą usuwały te same dane, ale jedna z nich będzie miała większą wiedzę o  danych, to będzie postrzegała je jako posiadające mniejszą entropię, a zatem będzie mogła użyć mniej energii do ich usunięcia.

W fizyce kwantowej entropia może czasem przybierać wartość ujemną. Na gruncie fizyki klasycznej posiadanie idealnych informacji o systemie oznacza, że obserwator uznaje, iż entropia systemu jest zerowa. Jednak splątanie daje obserwatorowi wiedzę większą niż kompletna, gdyż korelacje kwantowe są silniejsze niż klasyczne. A to prowadzi nas do wniosku, że entropia ma wartość ujemną.

Zatem na gruncie fizyki klasycznej kompletna wiedza o pamięci komputerowej pozwala usunąć informacje bez wydatkowania energii. Teraz naukowcy pokazali, że przy splątaniu kwantowym i posiadaniu informacji większej niż kompletna usuwanie danych związane jest z wycofaniem ciepła z systemu i zamianę go na użyteczną formę energii.

Renner podkreśla jednak, że nie ma mowy o stworzeniu w ten sposób perpetuum mobile. Dane usuwane są tylko raz, więc nie można z nich ciągle tworzyć energii. Ponadto ich usunięcie prowadzi do zaniku splątania kwantowego i konieczne jest dostarczenie energii, by system powrócił do stanu pierwotnego.

Działamy na granicy drugiej zasady termodynamiki. Jeśli ruszysz się o krok dalej to je złamiesz - stwierdził Vedral.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Uczeni zauważyli, że w pewnych warunkach gdy pojawia się kwantowe splątanie, dochodzi do chłodzenia. Niewykluczone, że możliwe będzie wykorzystanie tego efektu do chodzenia superkomputerów.

literówka

Share this post


Link to post
Share on other sites

Znowu naukowcy się bawią. Chcą splątać kwantowo 10 terabajtów danych? Zresztą, ten tekst nie dotyczy klasycznych komputerów, choćby z tego powodu, że w klasycznym komputerze bitu nie da się usunąć. On jest zawsze, można najwyżej przełączyć jego stan.

 

Żeby było śmieszniej, mnie jeszcze uczono takiej ciekawostki, że w rzeczywistości logicznemu zeru odpowiada wysoki poziom napięcia (bity przechowywane w pamięci są zanegowane). Tak się kiedyś robiło właśnie w celu ochłodzenia elektroniki, bo w pamięci sytatystycznie było więcej zer niż jedynek, a utrzymanie niskiego stanu napięcia pochłaniało więcej prądu niż wysokiego.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ja to rozumie  8)

Chodzi o to ze jak idę do lodówki po piwo i je wyzeruje to lodówka będzie chłodzić  bo jestem splątany z browarem a jeszcze bardziej będzie chłodzić jeśli wiem jaki browar mam w lodówce. Dlatego właśnie browar który jest w piwnicy a o którym nie wiem jest ciepły (No bo jak wiem to go do lodówki zanoszę i się z nim splątuje). Genialna teoria. Wyjaśnia mi to wszystkie życiowe dylematy. Od dziś świat stał się dla mnie piękniejszy. Nigdy więcej ciepłego piwa. Będę musiał jeszcze przeprowadzić eksperymenty z wyłączoną lodówką. Jak myślicie ile terabajtów piwa musiał bym wyzerować? :P I czy znalazł by się jakiś browar który zechciał by wspomóc takie badania :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W mediach pojawiły się informacje, z których wynika, że podczas targów CES 2020 Intel zaprezentuje technologię, która pozwoli na pozbycie się wentylatorów z notebooków. Takie rozwiązanie pozwoliłoby na budowanie lżejszych i cieńszych urządzeń. Podobno na targach mają zostać zaprezentowane gotowe notebooki z technologią Intela.
      Część mediów pisze, że nowatorskie rozwiązanie to połączenie technologii komory parowej (vapor chamber) i grafitu. W technologii komory parowej płynne chłodziwo paruje na gorącej powierzchni, którą ma schłodzić, unosi się do góry, oddaje ciepło i ulega ponownej kondensacji. Rozwiązanie takie od lat stosuje się np. w kartach graficznych, jednak zawsze w połączeniu z wentylatorem, odprowadzającym ciepło z powierzchni, do której jest ono oddawane przez chłodziwo. Podobno Intel był w stanie pozbyć się wentylatora, dzięki poprawieniu o 25–30 procent rozpraszania ciepła.
      Obecnie w notebookach systemy chłodzące umieszcza się pomiędzy klawiaturą a dolną częścią komputera, gdzie znajduje się większość komponentów wytwarzającyh ciepło. Intel miał ponoć zastąpić systemy chłodzące komorą parową, którą połączył z grafitową płachtą umieszczoną za ekranem, co pozwoliło na zwiększenie powierzchni wymiany ciepła.
      Z dotychczasowych doniesień wynika również, że nowy projekt Intela może być stosowany w urządzeniach, które można otworzyć maksymalnie pod kątem 180 stopni, nie znajdzie więc zastosowania w maszynach z obracanym ekranem typu convertible. Podobno jednak niektórzy producenci takich urządzeń donoszą, że wstępnie poradzili sobie z tym problemem i w przyszłości nowa technologia trafi też do laptopów z obracanymi ekranami.
      Niektórzy komentatorzy nie wykluczają, że Intel wykorzystał rozwiązania z technologii k-Core firmy Boyd, która wykorzystuje grafit do chłodzenia elektroniki w przemyśle satelitarnym, lotniczym i wojskowym.
      Obecnie na rynku są dostępne przenośne komputery bez wentylatorów, są to jednak zwykle ultrabooki czy mini laptopy. Pełnowymiarowych maszyn jest jak na lekarstwo i nie  są to rozwiązania o najmocniejszych konfiguracjach sprzętowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na internetowych czarnych rynkach pojawiła się oferta sprzedaży danych 92 milionów Brazylijczyków. Jej cena wywoławcza to 15 000 dolarów. Wiadomo, że oferentem jest ktoś zarejestrowany jako X4Crow, a bazę wystawiono na wielu forach, do których dostęp uzyskuje się za zaproszeniem lub poprzez płatną rejestrację.
      Jak twierdzi sprzedający, baza zawiera nazwiska, daty urodzenia oraz identyfikatory podatkowe około 92 milionów Brazylijczyków. Baza w formacie SQL zajmuje 16 gigabajtów, a zaprezentowane fragmenty wskazują, że jest ona podzielona na poszczególne stany.
      Witryna BleepingComputer poinformowała, że otrzymała próbkę bazy danych. Dziennikarze potwierdzili, że dane te są prawdziwe oraz zawierają m.in. informacje o nazwisku matki. Nie wiadomo, co jest źródłem bazy, jednak sprzedający poinformowali dziennikarzy, że pochodzi ona ze źródeł rządowych.
      Sprzedający twierdzą, że dzięki informacjom z tej bazy możliwe jest pozyskanie dodatkowych informacji, jak dane z dowodów osobistych czy praw jazdy. Niewykluczone, że możliwe jest też zdobycie innych danych osobowych, jak numery telefonów, e-maili, informacji o zawodzie, wykształceniu, członkach rodziny, numerach rejestracyjnych pojazdów i wielu innych.
      Próba sprzedaży danych dotyczących milionów obywateli Brazylii to kolejny w ostatnich tygodniach przykład na masowy wyciek danych z instytucji rządowych. We wrześniu wycikeły informacje na temat około 20 milionów obywateli Ekwadoru, a na początku października do sieci trafiły informacje podatkowe dotyczące około 20 milionów obywateli Rosji.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Młodzież, która zbyt dużo czasu spędza przed komputerem, ma więcej ubytków i częstsze problemy z chorobami przyzębia, np. z krwawieniem dziąseł – wynika z analiz naukowców WUM i UKSW, którzy przebadali ponad 1,6 tys. polskich 18-latków. To pierwsze takie badania w Europie.
      W ramach projektu, którego kierownikiem była prof. Dorota Olczak-Kowalczyk z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego (WUM), przebadano ponad 1,6 tysiąca 18-latków z Polski. Badania polegały zarówno na wypełnieniu kwestionariusza, który zawierał pytania dotyczące statusu społeczno-ekonomicznego i informacji o zachowaniach związanych ze zdrowiem, jak i na ocenie klinicznej stanu zębów i dziąseł. Do badań wybrano szkoły z każdego województwa z powiatów o charakterze wiejskim i miejskim.
      Okazało się, że nadmierne, czyli trwające ponad 3 godziny dziennie, korzystanie z komputera zadeklarowało 31 proc. respondentów. Równocześnie młodzież ta miała zdecydowanie częściej niewypełnione ubytki – opowiada PAP współprowadzący badania prof. Jacek Tomczyk z Instytutu Ekologii i Bioetyki Uniwersytetu Kardynała Stefana Wyszyńskiego (UKSW) w Warszawie. U nadużywających komputera nastolatków zdiagnozowano średnio 2,27 ubytków, podczas gdy u tych mniej przesiadujących przed ekranem – 1,97.
      Z ankiety wynika, że osoby z grupy spędzającej przed komputerem najwięcej czasu gorzej dbają o higienę jamy ustnej – np. tylko 34 proc. spośród nich posługuje się nicią dentystyczną, natomiast wśród osób nieprzesiadujących przy komputerze – 41 proc.
      Również osobom, które zadeklarowały nadmierne korzystanie z komputera, towarzyszyło większe ryzyko chorób przyzębia w postaci krwawienia z dziąseł. Taki symptom w tej grupie odnotowało 35 proc. badanych. Tymczasem wśród respondentów nienadużywających komputera krwawienie występowało u 29 proc. badanych.
      Tomczyk dodaje, że nadmierne korzystanie z komputera wiąże się również ze złymi nawykami żywieniowymi. Młodzież ta częściej opuszcza śniadania, rzadziej spożywa warzywa i owoce, a częściej spożywa produkty bogate w cukry.
      Do tej pory wiele badań wskazywało, że nadmierne używanie komputerów może wiązać się z niezdrowym trybem życia – brakiem ruchu, nieregularnymi posiłkami, niezdrowym jedzeniem typu fast-food czy brakiem snu. Takie zachowania skutkują wieloma problemami zdrowotnymi m.in. otyłością czy cukrzycą a nawet zaburzeniami psychicznymi.
      Otwartym pozostało pytanie o związek między nadmiernym używaniem komputerów, a zdrowiem jamy ustnej. Jedyne takie badania przeprowadzono w Korei Południowej z uwagi na to, że kraj ten ma najwyższy odsetek internautów na świecie. Postanowiliśmy przeprowadzić podobne analizy wśród polskiej młodzieży – opowiada Tomczyk.
      Czy skala problemu nieodpowiedniej higieny jamy ustnej w Polsce wśród młodzieży nadużywającej komputera jest zbliżona do skali w Korei Płd.? W ocenie naukowca odpowiedź na to pytanie nie jest jasna, bo badania przeprowadzono w nieco inny sposób. Jednak tendencja wyłaniająca się z obu badań jest zbliżona – podkreśla Tomczyk.
      Naukowiec zapytany przez PAP, w jaki sposób należy walczyć z problemem odpowiada krótko: większa edukacja. Wiadomo, że przesiadywanie przed komputerem sprzyja wielu chorobom, w tym otyłości. Natomiast trzeba pokazywać młodzieży i rodzicom, że do tej plejady chorób należy również zaliczyć – o czym nie wiedziano – niekorzystne zmiany w jamie ustnej – kończy.
      Wyniki badań przeprowadzonych w 2017 r. w ramach projektu „Monitoring zdrowia jamy ustnej populacji polskiej” ukażą się w czasopiśmie Clinical and Experimental Dental Research.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inspektor Generalny ds. NASA poinformował Kongres, że w latach 2010-2011 agencja doświadczyła 5408 różnych incydentów dotyczących bezpieczeństwa. Jednym z nich było utracenie w marcu ubiegłego roku laptopa zawierającego algorytmy służące do kontrolowania Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.
      Incydenty te dotyczyły bardzo szerokiego spektrum wydarzeń, od osób prywatnych sprawdzających swoje umiejętności i próbujących włamać się do sieci NASA, poprzez dobrze zorganizowane grupy przestępcze włamujące się dla zysku, po ataki, które mogły być organizowane przez obce służby wywiadowcze - czytamy w oświadczeniu Paula Martina.
      Niektóre z tych ataków dotknęły tysięcy komputerów, powodując zakłócenia prowadzonych misji i zakończyły się kradzieżami danych, których wartość NASA ocenia na ponad 7 milionów dolarów - stwierdzono. Nie wiadomo, jak ma się liczba ataków na NASA do ataków na inne amerykańskie agendy rządowe. Inspektor Generalny ds. NASA jako jedyny spośród kilkudziesięciu inspektorów regularnie zbiera informacje na temat cyberataków z zagranicy.
      Wśród wpadek Agencji Martin wymienił też zgubienie lub kradzież 48 mobilnych urządzeń komputerowych, które NASA utraciła w latach 2009-2011. Jednym z nich był niezaszyfrowany laptop skradziony w marcu 2011, w którym znajdowały się algorytmy pozwalające na sterownie Międzynarodową Stacją Kosmiczną. Na innych utraconych komputerach znajdowały się dane osobowe czy informacje techniczne dotyczące programów Constellation i Orion.
      Co gorsza, NASA nie jest w stanie sporządzić szczegółowego raportu na temat utraconych danych, gdyż opiera się na zeznaniach pracowników informujących o zgubionych i skradzionych urządzeniach, a nie na faktycznej wiedzy o zawartości komputerów.
      NASA wdraża program ochrony danych, jednak, jak zauważa Martin, dopóki wszystkie urządzenia nie zostaną objęte obowiązkiem szyfrowania, dopóty incydenty takie będą się powtarzały.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sąd Apelacyjny dla Jedenastego Okręgu orzekł, że odszyfrowanie danych na dysku twardym może być uznane za złożenie zeznań. Tymczasem Piąta Poprawka zabrania zmuszania obywateli do składania obciążających ich zeznań. Takie orzeczenie oznacza, że podejrzanego nie można zmuszać do podania hasła do dysku.
      Orzeczenie takie wydano w sprawie US vs. John Doe. Jest to sprawa o posiadanie pornografii dziecięcej przez niewymienioną z nazwiska osobę. Podejrzany nie został o nic formalnie oskarżony, jednak spędził w więzieniu osiem miesięcy za obrazę sądu, gdyż odmówił podania haseł do siedmiu dysków twardych. Prokuratura podejrzewa, że na dyskach znajduje się dziecięca pornografia. Doe, odmawiając podania haseł, powoływał się na Piątą Poprawkę. Teraz Sąd Apelacyjny potwierdził jego racje i zwolnił go z więzienia.
      Doe nadal może zostać zmuszony do ujawnienia zawartości dysków, jeśli tylko prokuratura udowodni, że jest on w stanie to zrobić. Jeśli tak się stanie, Doe otrzyma od sądu immunitet, który uniemożliwi prokuraturze wykorzystanie zdobytych w ten sposób informacji przeciwko niemu.
      Początkowo prokuratura i sąd niższej instancji zagwarantowały Doe, że nie będzie ścigany za upowszechnianie treści z dysków, chciały go jednak sądzić za samo posiadanie treści pedofilskich jeśli takie zostałyby znalezione. Sąd Apelacyjny uznał jednak, że to zbyt skromny immunitet.
      Orzeczenie Sądu Apelacyjnego nie będzie miało zastosowania do każdej sprawy o odszyfrowanie danych. W omawianym powyżej przypadku prokuratura nie wie, co jest na dyskach. Sąd uznał, że proces podawania hasła nie jest równoznaczny z procesem przekazywania kluczy do drzwi, gdyż wymaga sięgnięcia do pewnej wiedzy zawartej w umyśle i jako taki może być traktowany jako zeznanie. Gdyby jednak prokuratura wiedziała, co znajduje się na dyskach, wówczas podejrzany musiałby ujawnić ich zawartość, gdyż już nawet przed tym ujawnieniem wnioski śledczych byłyby „przesądzone“. Zgodnie z logiką orzeczeń Sądu Najwyższego w takim przypadku przekazanie hasła staje się procesem fizycznym i nie jest uznawane za zeznanie.
      We wspominanej przez nas wcześniej sprawie przeciwko Ramonie Fricosu prokuratorzy mają wiedzę o zawartości jej dysku twardego z podsłuchów.
      Trzeba też pamiętać, że orzeczenia Sądu Apelacyjnego są wiążące tylko dla sądów niższej instancji z jego własnego okręgu.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...