Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Procesor napędzany płynem

Recommended Posts

W laboratoriach IBM-a w Zurichu trwają prace nad układem scalonym, który wykorzystuje płyn do pracy oraz chłodzenia. Ludzki mózg jest 10 000 razy gęściej upakowany i wydajny niż jakikolwiek współczesny komputer. Jest to możliwe dzięki temu, iż wykorzystuje jedną, niezwykle efektywną, sieć połączeń kapilarnych i krwionośnych, które jednocześnie odbierają ciepło i transportują energię - mówi Bruno Michel, który kieruje pracami zespołu badawczego.

Jeśli IBM-owi uda się osiągnąć założony cel to pewnego dnia takie maszyny jak superkomputer Watson uda się zamknąć w kieszonkowym urządzeniu przenośnym.

Michel i jego zespół chcą zbudować trójwymiarowy układ scalony składający się z tysięcy kości ułożonych jedna na drugiej. Pomiędzy każdymi dwoma kośćmi ma znaleźć się para struktur wypełnionych płynem. Jedna z tych sieci będzie zawierała naładowany płyn, zapewniający układowi zasilanie, druga zaś będzie odpowiedzialna za odprowadzanie tego płynu gdy już przekaże on swój ładunek i odbierze ciepło z układu.

Wykorzystanie płynów do chłodzenia układów 3D nie jest niczym nowym. Niezwykłym pomysłem badaczy z IBM-a jest użycie tego samego płynu do zasilania układów.

Do zwiększenia wydajności maszyn HPC (high performance computing) koniecznie jest umieszczanie układów bliżej siebie. Ale zasilanie ich za pomocą płynu to niebadany dotychczas obszar. Nie wykracza to całkowicie poza wyobraźnię. Nie widzę powodów, dla których nie miałoby to działać, ale nikt nigdy czegoś takiego nie próbował - mówi Mark Zwolinski z University of Southampton.

Superkomputer Watson wymaga do pracy 85 kilowatów i jest 10-krotnie większy od dużej lodówki. Michel uważa, że wykorzystanie płynu do chłodzenia i zasilania pozwoli na znaczące zredukowanie poboru mocy i zmniejszenie wielkości urządzenia.

Uczeni z IBM-a chcą pokazać prototyp swojego układu już w 2014 roku. Jeśli im się to uda, Watson zagości w naszych kieszeniach.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

 

Uczeni z IBM-a chcą pokazać prototyp swojego układu już w 2014 roku

Wiecie może czy go zrobili?

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
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prace międzynarodowej grupy badawczej, na czele której stali specjaliści ze Skołkowskiego Instytutu Nauki i Technologii (Skoltech) w Moskwie oraz IBM-a zaowocowały powstaniem energooszczędnego superszybkiego przełącznika optycznego. Urządzenie nie wymaga chłodzenia, a jednocześnie jest ponad 100-krotnie szybsze od najszybszych współczesnych tranzystorów.
      Tym, co czyni to urządzenie tak bardzo energooszczędnym jest fakt, że do przełączenia stanu potrzebuje zaledwie kilku fotonów, mówi główny autor badań Anton Zasiedatieliew. W laboratorium udało się nam go przełączać za pomocą pojedynczego fotonu. I to w temperaturze pokojowej. Jednak minie sporo czasu, zanim taka technologia będzie mogła trafić do procesorów optycznych, dodaje profesor Pawlos Lagudakis.
      Możliwość przełączania za pomocą pojedynczego fotonu oznacza, że układ jest niezwykle energooszczędny i zostało niewiele miejsca na jego dalsze udoskonalenie. Oczywiście musimy przy tym pamiętać, że obecnie działa to jedynie w wyspecjalizowanym laboratorium. Jednak tak właśnie zaczyna się wielu historia technologii, które w końcu trafiają do codziennego użytku. Większość współczesnych tranzystorów elektrycznych potrzebuje dziesiątki razy więcej energii, by się przełączyć, a te, którym wystarczy pojedynczy elektron, działają znacznie wolniej niż zademonstrowany właśnie przełącznik optyczny.
      Jednak szybkość i energooszczędność to nie jedyne zalety nowej technologii. Równie ważny jest fakt, że przełącznik działa w temperaturze pokojowej i nie wymaga chłodzenia. Tymczasem systemy chłodzenia potrzebne współczesnym komputerom nie tylko wpływają na koszty samego sprzętu, ale też znacząco zwiększają zużycie energii koniecznej do ich zasilania.
      Urządzenie składa się z dwóch laserów. Bardzo słaby promień lasera kontrolnego jest używany do przełączania stanu drugiego jaśniejszego z laserów. Do przełączenia wystarczy kilka fotonów, stąd wynika wysoka efektywność całości. Przełączanie odbywa się wewnątrz mikrownęki. To 35-nanometrowej grubości organiczny polimer półprzewodzący zamknięty pomiędzy dwiema nieorganicznymi warstwami o wysokim współczynniku odbicia. Mikrownęka zbudowana jest w taki sposób, by jak najdłużej więzić nadchodzące światło, prowadząc w ten sposób do jego sprzężenia z materiałem wnęki.
      Oddziaływanie światła z materią to podstawa działania nowego urządzenia. Gdy fotony sprzęgają się z parami dziura-elektron – tworzącymi kwazicząstkę o nazwie ekscyton – pojawiają się kwazicząstki ekscyton-polaryton. Gdy silniejszy z laserów oświetla przełącznik powstają tysiące identycznych krótko żyjących kwazicząstek tworzących kondensat Bosego-Einsteina, w którym kodowany jest stan urządzenia „0” lub „1”.
      Najpierw za pomocą silniejszego lasera we wnęce tworzone są kwazicząstki o energiach większych niż energia podstawowa. Przełącznik znajduje się w stanie „0” Do przełączenia potrzebny jest laser słabszy, za pomocą którego tworzona jest grupa kwazicząstek o energii podstawowej. Ich pojawienie się wywołuje lawinowy proces przełączania się pozostałych kwazicząstek do stanu podstawowego. W ten sposób uzyskujemy stan „1”. Czas przełączania liczony jest w femtosekundach, dzięki czemu przełącznik jest ponad 100-krotnie szybszy od współczesnych tranzystorów.
      Naukowcy użyli kilku sztuczek, by utrzymać zapotrzebowanie na energię na jak najniższym poziomie przy jednoczesnym zmaksymalizowaniu pracy urządzenia. W efektywnym przełączaniu pomagają wibracje molekuł półprzewodzącego polimeru. Konieczne było precyzyjne dopasowanie częstotliwości pracy laserów, stanu kondensatu i energii wibracji molekuł polimeru.
      Przed nami jeszcze sporo pracy. Musimy zmniejszyć całkowite zapotrzebowania urządzenia na energię. Obecnie jest ono zdominowane przez silniejszy z laserów, który utrzymuje przełącznik w gotowości. Prawdopodobnie trzeba będzie wykorzystać tutaj perowskitowego superkryształu, z którym wcześniej eksperymentowaliśmy. Są one doskonałymi kandydatami to zbudowania naszego przełącznika, gdyż zapewniają bardzo silną interakcję światła z materią, stwierdzają autorzy badań.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W laboratorium IBM-a w Zurichu zaprezentowano rekordowo pojemny napęd taśmowy. Pojedynczy kartridż pozwala na przechowanie aż... 580 terabajtów danych. To aż 29-krotnie więcej niż oferowany obecnie przez IBM-a kartridż o pojemności 20 TB. Błękitny Gigant jest tutaj rynkowym liderem. Najnowszy standard przemysłowy LTO-Ultrium (Linear Tape-Open, version 9) mówi o kartridżach o pojemności 18 TB.
      Mark Lantz, menedżer CloudFPGA odpowiedzialny w IBM Zurich za technologie taśmowe mówi, że w ostatnich latach taśmy magnetyczne przeżywają swój renesans. Ma to związek z jednej strony z wykładniczym wzrostem ilości wytwarzanych danych, które trzeba gdzieś archiwizować oraz z jednoczesnym spowolnieniem przyrostu gęstości zapisu na dyskach twardych. Jak zauważa Lantz, w ciągu ostatnich kilkunastu lat składane roczne tempo wzrostu gęstości zapisu na HDD spadło do poniżej 8%. Jednocześnie świat produkuje coraz więcej danych. Roczny wzrost wytwarzania informacji wynosi aż 61%. Eksperci mówią, że do roku 2025 wytworzymy 175 zetabajtów danych.
      Jako, że gęstość zapisu HDD niemal stanęła w miejscu, dramatycznie wzrosła cena każdego gigabajta dysnku twardego. Już w tej chwili 1 bit HDD jest czterokrotnie droższy niż 1 bit taśmy magnetycznej. Ta wielka nierównowaga pojawiła się w bardzo niekorzystnym momencie, gdy ilość wytwarzanych danych zaczęła gwałtownie rosnąć. Centra bazodanowe mają coraz większy problem. Na szczęście zdecydowana większość danych to informacje, które są rzadko potrzebne. To zaś oznacza, że w ich przypadku szybkość odczytu danych nie jest rzeczą zbyt istotną. Mogą być więc przechowywane na taśmach magnetycznych.
      Taśmy mają wiele zalet w porównaniu z dyskami twardymi. Są bardziej odporne na ataki cyberprzestępców, do działania potrzebują mniej energii, są trwałe i znacznie tańsze w przeliczeniu na gigabajt. Zalety te spowodowały, że – jak ocenia IBM – już 345 000 eksabajtów danych przechowywanych jest właśnie na taśmach.
      Najnowszy napęd taśmowy to wynik 15-letniej współpracy IBM-a i Fujifilm. Od roku 2006 firmy pobiły sześć kolejnych rekordów dotyczących napędów taśmowych. Ostatnie osiągnięcie było możliwe dzięki udoskonaleniu samej taśmy, głowicy odczytującej oraz serwomechanizmu odpowiadającego za precyzję pozycjonowania głowicy. Firma Fujifilm odeszła tutaj od przemysłowego standardu jakim jest ferryt baru i pokryła taśmę mniejszymi cząstkami ferrytu strontu. Inżynierowie IBM-a, mając do dyspozycji nową taśmę, opracowali nową technologię głowicy odczytująco-zapisującej, która współpracuje z tak gładką taśmą.
      O tym jak wielkie postępy zostały dokonane w ciągu kilkunastoletniej współpracy Fujifilm i IBM-a najlepiej świadczą liczby. W roku 2006 obie firmy zaprezentowały taśmę pozwalającą na zapisanie 6,67 miliarda bitów na calu kwadratowym. Najnowsza taśma pozwala na zapis 317 miliardów bitów na cal. Kartridż z roku 2006 miał pojemność 8 TB, obecnie jest to 580 TB. Szerokość ścieżki zapisu wynosiła przed 14 laty 1,5 mikrometra (1500 nanometrów), teraz to zaledwie 56,2 nanometra. Liniowa gęstość zapisu w roku 2006 sięgała 400 000 bitów na cal taśmy. Na najnowszej taśmie na każdym calu można zapisać 702 000 bitów. Zmniejszyła się też – z 6,1 mikrometra do 4,3 mikrometra – grubość taśmy, wzrosła za to jej długość. W pojedynczym kartridżu mieści się obecnie 1255 metrów taśmy, a przed 14 laty było to 890 metrów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W procesorach Intela odkryto kolejną lukę. Dziura nazwana CacheOut to luka typu side-channel, czyli błąd pozwalający na wykorzystanie pewnych szczegółów, często prawidłowej, implementacji.
      Dziura odkryta przez naukowców z University of Michigan i University of Adelaide występuje we wszystkich procesorach od architektury SkyLake po Coffee Lake powstałych przed rokiem 2019. Wiadomo, że nie występuje ona w procesorach AMD, ale badacze nie wykluczają, że jest obecna w układach IBM-a i ARM.
      Jak zauważyli eksperci gdy dane są pobierane z cache'u L1 często trafiają do buforów, z których mogą zostać wykradzione przez napastnika. Bardzo atrakcyjnym elementem CacheOut jest fakt, że napastnik może zdecydować, które dane z L1 zostaną umieszczone w buforze, skąd dokona kradzieży. Specjaliści wykazali, że możliwy jest wyciek danych mimo wielu różnych zabezpieczeń. w tym zabezpieczeń pomiędzy wątkami, procesami, wirtualnymi maszynami, przestrzenią użytkownika a jądrem systemu.
      Intel, który o problemie został poinformowany już w ubiegłym roku, sklasyfikował lukę L1D Eviction Sampling/CVE-2020-0549/INTEL-SA-00329 jako średnio poważną i przygotował odpowiednie poprawki. Odpowiedni mikrokod zostanie upubliczniony a nwjbliższym czasie. Tymczasowym obejściem problemu jest wyłączenie wielowątkowości lub wyłączenie rozszerzenia TSX.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      IBM uruchomił w Nowym Jorku Quantum Computation Center, w którym znalazł się największy na świecie zbiór komputerów kwantowych. Wkrótce dołączy do nich nich 53-kubitowy system, a wszystkie maszyny są dostępne dla osób i instytucji z zewnątrz w celach komercyjnych i naukowych.
      Quantum Computation Center ma w tej chwili ponad 150 000 zarejestrowanych użytkowników oraz niemal 80 klientów komercyjnych, akademickich i badawczych. Od czasu, gdy w 2016 roku IBM udostępnił w chmurze pierwszy komputer kwantowy, wykonano na nim 14 milionów eksperymentów, których skutkiem było powstanie ponad 200 publikacji naukowych. W związku z rosnącym zainteresowaniem obliczeniami kwantowymi, Błękity Gigant udostępnił teraz 10 systemów kwantowych, w tym pięć 20-kubitowych, jeden 14-kubitowy i cztery 5-kubitowe. IBM zapowiada, że w ciągu miesiąca liczba dostępnych systemów kwantowych wzrośnie do 14. Znajdzie się wśród nich komputer 53-kubitowy, największy uniwersalny system kwantowy udostępniony osobom trzecim.
      Nasza strategia, od czasu gdy w 2016 roku udostępniliśmy pierwszy komputer kwantowy, polega na wyprowadzeniu obliczeń kwantowych z laboratoriów, gdzie mogły z nich skorzystać nieliczne organizacje, do chmur i oddanie ich w ręce dziesiątków tysięcy użytkowników, mówi Dario Gil, dyrektor IBM Research. Chcemy wspomóc rodzącą się społeczność badaczy, edukatorów i deweloperów oprogramowania komputerów kwantowych, którzy dzielą z nami chęć zrewolucjonizowania informatyki, stworzyliśmy różne generacje procesorów kwantowych, które zintegrowaliśmy w udostępnione przez nas systemy kwantowe.
      Dotychczas komputery kwantowe IBM-a zostały wykorzystane m.in. podczas współpracy z bankiem J.P. Morgan Chase, kiedy to na potrzeby operacji finansowych opracowano nowe algorytmy przyspieszające pracę o całe rzędy wielkości. Pozwoliły one na przykład na osiągnięcie tych samych wyników dzięki dostępowi do kilku tysięcy przykładów, podczas gdy komputery klasyczne wykorzystujące metody Monte Carlo potrzebują milionów próbek. Dzięki temu analizy finansowe mogą być wykonywane niemal w czasie rzeczywistym. Z kolei we współpracy z Mitsubishi Chemical i Keio University symulowano początkowe etapy reakcji pomiędzy litem a tlenem w akumulatorach litowo-powietrznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na MIT powstał nowoczesny mikroprocesor z tranzystorami z nanorurek węglowych. Urządzenie można wyprodukować za pomocą technik używanych obecnie przez przemysł półprzewodnikowy, co ma olbrzymie znaczenie dla ewentualnego wdrożenia.
      Nanorurki węglowe są od dawna przedmiotem zainteresowań, gdyż dają nadzieję na zbudowanie kolejnej generacji komputerów po tym, gdy układów krzemowych nie będzie można już miniaturyzować. Tranzystory polowe z nanorurek węglowych (CNFET) mogą mieć bardzo obiecujące właściwości. Z dotychczasowych badań wynika, że powinny być one około 10-krotnie bardziej efektywne pod względem zużycia energii i pozwolić na przeprowadzanie obliczeń ze znacznie większą prędkością. Problem jednak w tym, że przy masowej produkcji w nanorurkach pojawia się tak wiele defektów, że nie można ich w praktyce wykorzystać.
      Naukowcy z MIT opracowali nową technikę, która znacząco zmniejsza liczbę defektów i daje pełną kontrolę nad produkcję CNFET. Co ważne, technika ta wykorzystuje procesy już używane w przemyśle półprzewodnikowym. Dzięki niej na MIT wyprodukowano 16-bitowy mikroprocesor składający się z 14 000 CNFET, który jest w stanie wykonywać te same obliczenia co tradycyjny procesor.
      Nowy procesor oparto na architekturze RISC-V. Testy wykazały, że jest on zdolny do wykonania pełnego zestawu instrukcji dla tej technologii.
      To, jak dotychczas, najbardziej zaawansowany chip wykonany w nowym procesie nanotechnologicznym, który daje nadzieję na wysoką wydajność i efektywność energetyczną, mówi współautor badań, profesor Max M. Shulaker. Krzem ma swoje ograniczenia. Jeśli chcemy coraz szybszych komputerów, to węglowe nanorurki są najbardziej obiecującym materiałem. Nasze badania pokazują zupełnie nowy sposób budowy układów scalonych z węglowymi nanorurkami.
      Shulaker i jego zespół od dawna pracują nad układami scalonymi z CNFET. Przed sześcioma laty byli w stanie zaprezentować procesor złożony ze 178 CNFET, który mógł pracować na pojedynczym bicie danych. Od tamtego czasu uczeni skupili się na rozwiązaniu trzech kluczowych problemów: defektach materiałowych, niedociągnięciach produkcyjnych oraz problemach funkcjonalnych.
      Największym problemem było uzyskanie nanorurek odpowiedniej jakości. Żeby CNFET działał bez zakłóceń, musi bez problemów przełączać się pomiędzy stanem 0 i 1, podobnie jak tradycyjny tranzystor. Jednak zawsze podczas produkcji powstanie jakaś część nanorurek, które będą wykazywały właściwości metalu, a nie półprzewodnika. Takie nanorurki czynią CNFET całkowicie nieprzydatnym. Zaawansowane układy scalone, by być odpornymi na obecność wadliwych nanorurek i móc szybko wykonywać zaawansowane obliczenia, musiałyby korzystać z nanorurek o czystości sięgającej 99,999999%. Obecnie jest to niemożliwe do osiągnięcia.
      Naukowcy z MIT opracowali technikę nazwaną DREAM (designing resilency against metallic CNT), która tak pozycjonuje metaliczne CNFET, że nie zakłócają one obliczeń. Dzięki temu zmniejszyli wymagania dotyczące czystości nanorurek aż o cztery rzędy wielkości. To zaś oznacza, że do wyprodukowania w pełni sprawnego układu potrzebują nanorurek o czystości sięgającej 99,99%, a to jest obecnie możliwe.
      Uczeni przeanalizowali różne kombinacje bramek logicznych i zauważyli, że metaliczne nanorurki węglowe nie wpływają na nie w ten sam sposób. Okazało się, że pojedyncza metaliczna nanorurki w bramce A może uniemożliwić komunikację pomiędzy nią, a bramką B, ale już liczne metaliczne nanorurki w bramce B nie wpływają negatywnie na jej możliwości komunikacji z żadną bramką. Przeprowadzili więc symulacje, by odnaleźć wszystkie możliwe kombinacje bramek, które byłyby odporne na obecność wadliwych nanorurek. Podczas projektowania układu scalonego brano pod uwagę jedynie te kombinacje. Dzięki technice DREAM możemy po prostu kupić komercyjne dostępne nanorurki, umieścić je na plastrze i stworzyć układ scalony, nie potrzebujemy żadnych specjalnych zabiegów, mówi Shulaker.
      Produkcja CNFET rozpoczyna się od nałożenia znajdujących się w roztworze nanorurek na podłoże z predefiniowanym architekturą układu. Jednak nie do uniknięcia jest sytuacja, w której część nanorurek pozbija się w grupy, tworząc rodzaj dużych cząstek zanieczyszczających układ scalony. Poradzono sobie z tym problemem tworząc technikę RINSE (removal of incubated nanotubes through selective exfoliation). Na podłoże nakłada się wcześniej związek chemiczny, który ułatwia nanorurkom przyczepianie się do niego. Następnie, już po nałożeniu nanorurek, całość pokrywana jest polimerem i zanurzana w specjalnym rozpuszczalniku. Rozpuszczalnik zmywa polimer, a ten zabiera ze sobą pozbijane w grupy nanorurki. Te zaś nanorurki, które nie zgrupowały się z innymi, pozostają przyczepione do podłoża. Technika ta aż 250-kronie zmniejsza zagęszczenie zbitek nanorurek w porównaniu z alternatywnymi metodami ich usuwania.
      Poradzono sobie też z ostatnim problemem, czyli wytworzeniem tranzystorów typu N i typu P. Zwykle produkcja tych tranzystorów z węglowych nanorurek kończyła się uzyskaniem urządzeń o bardzo różniącej się wydajności. Problem rozwiązano za pomocą nowej techniki o nazwie MIXED (metal interface engineering crossed with electrostatic doping), dzięki której możliwe jest precyzyjna optymalizacja procesorów do wymaganych zadań. Technika ta polega na dołączeniu do każdego tranzystora, w zależności czy ma być on P czy N, odpowiedniego metalu, platyny lub tytanu. Następnie tranzystory są pokrywane tlenkiem, co pozwala na ich dostosowanie do zadań, jakie będą spełniały. Można więc osobno dostroić je do pracy w zastosowaniach w wysoko wydajnych serwerach, a osobno do energooszczędnych implantów medycznych.
      Obecnie, w ramach programu prowadzonego przez DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych), wspomniane techniki produkcji układów scalonych z węglowych nanorurek wdrażane są w fabrycznych liniach produkcyjnych. W tej chwili nikt nie potrafi powiedzieć, kiedy w sklepach pojawią się pierwsze procesory z CNFET. Shulaker mówi, że może się to stać już w ciągu najbliższych pięciu lat. Sądzimy, że teraz to już nie jest pytanie czy, ale pytanie kiedy, mówi uczony.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...