Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Materiały zmiennofazowe mogą zastąpić krzem

Recommended Posts

Ograniczenia wielkości oraz prędkości współczesnych procesorów i układów pamięci można pokonać zastępując krzem materiałami zmiennofazowymi (PCM). Materiały takie są w stanie w ciągu miliardowych części sekundy zmieniać swoją strukturę pomiędzy przewodzącą krystaliczną a nieprzewodzącą amorficzną. Testy i symulacje przeprowadzone na urządzeniach z PCM wykazały, że operacje logiczne mogą być wykonywane w układach pamięci nieulotnej. Wystarczy dostarczać im odpowiednie impulsy elektryczne. Działania takie nie są możliwe w krzemie. Dzięki temu obliczenia mogą być wykonywane tam, gdzie przechowywane są dana. Z badań naukowców z University of Cambridge, Singapurskiego Uniwersytetu Projektowania i Technologii oraz Singapurskiego Instytutu Przechowywania Danych A*STAR wynika, że komputery korzystające z takiego rozwiązania przeprowadzałyby obliczenia nawet 1000-krotnie szybciej niż obecnie.

Obecnie obliczenia wykonywane są w krzemowych układach logicznych a dane do obliczeń oraz ich wyniki są wysyłane i przechowywane w osobnych krzemowych układach pamięci. Podstawową metodą przyspieszania pracy komputerów jest zwiększanie liczby układów logicznych na jednostce powierzchni, co wiąże się z koniecznością ciągłego zmniejszania wielkości poszczególnych elementów. Jednak współczesna technologia zbliża się do swoich fizycznych granic. Dalsze zmniejszanie komórek układów obliczeniowych i układów pamięci – a trzeba pamiętać, że najnowocześniejsze z nich są wykonane w technologii 20 nanometrów – grozi tunelowaniem się elektronów, czyli ich samoistnym przechodzeniem tam, gdzie nie powinny w danym momencie się znaleźć. To z kolei będzie wiązało się z utratą danych czy coraz większą liczbą błędów w obliczeniach. Materiały zmiennofazowe mogą rozwiązać ten problem, gdy dotychczas udowodniono, że będą dobrze pracowały nawet wówczas, gdy wielkość poszczególnych elementów spadnie do 2 nanometrów.

Alternatywnym sposobem na zwiększenie prędkości obliczeniowej jest zwiększeni liczby operacji logicznych wykonywanych przez urządzenie. W krzemie nie można tego zrobić bez zwiększania liczby podzespołów. Jednak jest to możliwe w PCM.

Materiały zmiennofazowe opracowano już w latach 60. ubiegłego wieku. Dopiero teraz zaczynamy je wykorzystywać w układach pamięci. Jednak dotychczas nikt nie próbował wykorzystać ich do obliczeń, gdyż po pierwsze nie są w stanie wykonać ich tak szybko, jak układy krzemowe, po drugie zać, okazało się, że na początku przechodzenia w fazę amorficzną są niestabilne. Jednak zespół z Wielkiej Brytanii i Singapuru wykazał właśnie, że jeśli operacje logiczne zaczniemy wykonywać najpierw od fazy krystalicznej, a następnie stopimy PCM i materiał przejdzie w fazę amorficzną, by wykonać obliczenia, to całość jest znacznie bardziej stabilna, a operacje można wykonywać znacznie szybciej. Przełączanie czyli krystalizacja PCM trwa około 10 nanosekund, co już teraz czyni te materiały interesującą alternatywą do budowy pamięci nieulotnych. Jednak już przed dwoma laty brytyjsko-singapurski zespół wykazał, że można skrócić proces krystalizacji do 1 nanosekundy. Takie układy pamięci mogłyby konkurować z obecnymi DRAM, a miałyby tę zaletę, że byłyby układami nieulotnymi.

W systemach opartych na krzemie informacja jest ciągle przesyłana między różnymi podzespołami komputera. To strata czasu i energii. Idealnie byłoby, gdyby informację można było przetwarzać i przechowywać w tym samym miejscu. W krzemie informacja jest generowana, przesyłana i przechowywana w innym miejscu. Ale w PCM informacja zostaje tam, gdzie została wygenerowana - mówi doktor Desmond Loke z Singapurskiego Uniwersytetu Projektowania i Technologii. Docelowo chcielibyśmy zastąpić zarówno układy DRAM jak i procesory jednym nieulotnym układem bazującym na materiałach zmiennofazowych. Jednak by to osiągnąć musimy skrócić czas przełączania pomiędzy fazami do około jednej nanosekundy. W obecnie wykorzystywanych komputerach konieczność odświeżania pamięci DRAM pochłania na całym świecie olbrzymie ilości energii. To bardzo kosztowne zarówno dla finansów jak i środowiska naturalnego. Wykorzystanie układów PCM pozwoliłoby na wyprodukowanie komputerów, które nie tylko działają szybciej, ale są również bardziej przyjazne środowisku - wyjaśnia profesor Stephen Elliott z Wydziału Chemii Cambridge University.



« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ogólnie to super, zupełnie inne podejście do komputera i moim zdaniem jest to technologia która może wejść o wiele szybciej niż komputery kwantowe. Rozśmieszyła mnie jednak końcówka artykułu, przepraszam ale wciskanie wszędzie ochrony środowiska robi się na prawdę żałosne. Nie wystarczy napisać, że nowy układ jest energooszczędny trzeba jeszcze polać wodę i dopisać że będzie to ekologicznie i zapobiegnie zmianom klimatu.

 

Nie chodzi mi tylko o ten artykuł ale o całokształt, byłem ostatnio w fabryce Volkswagena na Słowacji, na całym zakładzie wielkie plakaty "blue energy" że niby teraz wszystko na zakładzie takie ekologiczne. Okazało się, że postawili kilka stanowisk do ładowania elektrycznych samochodów, wykafelkowali dach jednego budynku panelami słonecznymi i postawili dwa wiatraki, przy wjeździe do zakładu jest piękny licznik ile energii zakład pobiera a ile "produkuje" dzięki wiatrakom i panelom. Najwięcej ile udało mi się zobaczyć to było 15kW, gdy w tym samym czasie fabryka pobierała 40MW (fabryka stała były tylko prace remontowe i modernizacyjne!). Podejrzewam, że ta tablica licznik pobierała większość tej eko energii.

Share this post


Link to post
Share on other sites

To przyznam, że w takim razie nie zrozumiałem istoty działania tego systemu.

Myślałem, że dany procesor (chyba to ów materiał zmiennofazowy?) odpowiada za konkretną jednostkę/jednostki pamięci, które następnie są przetwarzane przez inne procesory- na zasadzie sieci konwergencyjno-dywergencyjnej. Ta idea wydała mi się obiecująca, gdyż w takim urządzeniu można wprowadzić przetwarzanie równoległe, bez którego nie ma mowy o inteligentnych, reagujących intencjonalnie w świecie rzeczywistym maszynach.

 

P.S.

Co to znaczy, ze pamięć jest nieulotna?

To znaczy, że jest już niemodyfikowalna?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Cyt.:

"Znaczy, że po wyłączeniu prądu, pamięć nie "znika"."

 

To rozumiem- jednak chodzi mi o to, czy raz zapisana informacja może zostać choćby nieco zmieniona na tym nośniku- czy już nie. Albo mamy to co już zostało zapisane (dożywotnio)- albo można ten nośnik już tylko odtworzyć z tą informacją lub zniszczyć, żeby nie było na nim nic?

 

Czy też jest taka sytuacja, że informacja tam zapisana przebywa na nośniku dożywotnio- ale może być zarówno odtwarzana, jak i zmieniana co do treści?

 

 

Bo na magnetycznych nośnikach pamięci można dane zmieniać (a przynajmniej tak mi się wydaje)- chociaż mogę się mylić, bo jestem informatycznym analfabetą.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Przykładem pamięci nieulotnej jest pamięć flash, czyli np. pendrive. Jest jednak za wolna by zastąpić układy DRAM, ale w opracowaniu są inne technologie pamięci nieulotnych, np. ta wspomniana w artykule.

Nie wiem czy tradycyjne HDD też przypadkiem nie zaliczają się do pamięci nieulotnej... muszę sprawdzić definicję.

 

Jak wiadomo zarówno na dyskach twardych jak i na pendrivach możliwe jest kasowanie danych i zapisywanie nowych - to samo ma być w nowych, szybszych pamięciach nieulotnych.

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

×
×
  • Create New...