https://bodybydarwin.com
Slider Image

Hvordan din bærbare computer bare bliver hurtigere

2022

Siden opfindelsen af ​​transistoren har siliciumhalvledere været konge. Men nu nærmer siliciumbaserede transistorer grænsen for deres potentiale. Overskydende varme og produktionshindringer hindrer udviklingen af ​​stadig hurtigere og mindre processorer. Fremskridt inden for materialer og chipdesign for at modstå ekstrem varme og hurtigt at flytte enorme mængder data vil være afgørende. Eksperter undersøger tre teknologier for at overvinde disse udfordringer: spintronics, grafen og memristors. Det er det, der en dag vil gøre ultra-energieffektive supercomputere små nok til at passe overalt - selv i din hånd.

Memristors lagrer store mængder data og kan få din computer til at starte med det samme

Adgang til data, uanset om det er gemt på en roterende harddisk eller i en flashbaseret hukommelse, er en time-suck og en power hog. Den dynamiske RAM, der hurtigt leverer data til processoren, er næsten maksimal. "Begge teknologier til den magnetiske harddisk og D-RAM er inden for et par generationer, når de rammer murvægge, siger R. Stanley Williams fra HP Labs informations- og Quantum Systems Lab. Han mener, at kredsløb kaldet memristors kunne være løsningen. Memristors blev for nylig tilsluttet sig modstand, kondensator og induktor som det fjerde grundlæggende kredsløbselement. Men i modsætning til de andre har en memristor den usædvanlige evne til at huske den sidste modstand, den holdt, også når strømmen er slukket. Når strømmen starter igen, er modstanden til kredsløb vil være det samme, som det var før, der leverede øjeblikkelige computere. Efter at memristoren havde brugt omkring 30 år som en teori, designede Williams og hans team den første tidligere i år. Fem år fra nu, siger han, chipsene kunne sidde i computere mellem D-RAM og harddiske for at fjerne opstartsprocessen. Længere nede på vejen kan memristorer, som har højere lagertæthed end den bedste flashhukommelse og hurtigere skrivetider end D-RA M, kunne erstatte begge teknologier i et fald.

Grafplader kunne trumfe silicium til små, hurtige enheder

Varme er en væsentlig stødesten for mindre, hurtigere processorer; Når varmen stiger, bliver det sværere for elektroner at bevæge sig gennem de fleste materialer. Men en ny twist på et ældgammelt materiale kan vise sig at være nøglen. Grafit er lavet af tynde lag af sammenkoblede carbonatomer. For fire år siden testede forskere ved University of Manchester i England de elektroniske egenskaber ved et enkelt ark af dette kulstof, kendt som grafen, hvilket vekste interesse for, hvad der kan være en helt ny gren af ​​halvledere. I april sidste år bygde de verdens mindste transistor et atom tykt og 10 atomer bredt med materialet. I modsætning til elektroner i silicium kan de i grafen rejse uhindret i lange afstande. Denne effektivitet, der er op til 100 gange større end silicium, giver mulighed for ultrahurtige elektroniske enheder, der ikke overophedes (kollisioner forårsager varme). Foruden transistorer håber forskere at udvikle grafenkabler, der ville transportere elektroner fra et område af en chip til et andet meget hurtigere end nuværende materialer kan.

En elektrons spin kunne kode flere data til kraftig, lav effektbehandling

De fleste elektroniske enheder læser data - 1'erne og 0'erne af binær kode - ved at måle tilstedeværelsen eller fraværet af en elektrisk ladning. I det sidste årti har forskere imidlertid antydet, at individuelle elektroner kunne omdannes til enkelt 1'er eller 0'er. Hver elektron har en magnetisk pol og tilsvarende "spin". Men i stedet for med uret eller mod uret, skelner forskerne elektronspins efter deres orientering: op eller ned, 1 eller 0.

Indtil for nylig havde videnskabsmænd været i stand til at kontrollere og detektere elektronspind (som gør det muligt for enhederne at fungere med lavere effekt) i halvledere som galliumarsenid, et materiale, der bruges i laserdioder, men ikke i silicium - en stor hindring, fordi hele infrastrukturen inden for fremstilling af computere styres stadig af teknikker brugt med silicium. Endelig skød Ian Appelbaum, nu fysikprofessor ved University of Maryland, sidste år grupper af elektroner med justerede spins over 350 mikron silicium og bestemte den endelige vinkel på deres spin. I en anden udvikling har Igor Zutic og hans kolleger ved State University of New York i Buffalo vist, at hvis du justerer spinde af elektroner i en halvlederlaser, fungerer den med lavere effekt. Sådanne lasere kunne overføre op til 1.000 gange så meget data mellem forskellige dele af en computer som de kobbertråde, der bruges i dag.

1. Injektér elektroner
Spindinjektoren omfatter to metaller, hvoraf den ene er magnetisk, adskilt af en ultratynd isolator. Påfør en spænding mellem de to metaller og elektronens tunnel fra det ikke-magnetiske metal til det magnetiske.

2. Filtrer
Elektronen fortsætter kun, hvis drejningen matcher det magnetiske materiales retning. Hvis justeringen ikke stemmer overens, vil elektronet "sprede".

3. Kør gennem silicium
Elektroner kører 350 mikron gennem silicium, mens de opretholder justerede spins - afgørende, fordi elektroner er nødt til at køre mellem intrachip-enheder.

4. Registrer 1s og 0s
Elektroner skubbes ud gennem en tynd film af magnetisk metal som en skihopper. Hvis elektronens spinretning stemmer overens med magnetiseringen af ​​filmen, lander den på en nærliggende halvleder, hvor dens ladning detekteres (siger en "1"). Uoverensstemmende elektroner er
shuntet andetsteds (en "0").

Hvordan en Bluetooth-adapter kan ændre den måde, du bruger din bil på

Hvordan en Bluetooth-adapter kan ændre den måde, du bruger din bil på

23andMe hævder nu, at dens DNA-test kan forudsige din risiko for diabetes

23andMe hævder nu, at dens DNA-test kan forudsige din risiko for diabetes

Denne Hazmat-dragt kan blokere VX-nervemiddel og andre dødbringende kemikalier.  Sådan er det bygget.

Denne Hazmat-dragt kan blokere VX-nervemiddel og andre dødbringende kemikalier. Sådan er det bygget.