<<
>>

Альтернативные пути развития элементной базы

С целью увеличения скорости работы микросхем большие исследования проводятся в области использования явления сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона. Работа микросхем при температурах, близких к абсолютному нулю (0°K = -273,15°С) позволяет достигнуть fmax, при этом Wp = Wn = 0.
Здесь очень интересны результаты по использованию «теплой сверхпроводимости». Оказывается, что для некоторых материалов, в частности для солей бария, явление сверхпроводимости наступает уже при температурах около -150°С и выше. Высказывались соображения, что могут быть получены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах, близких к комнатной. Тематика исследовательских работ и их результаты в этом направлении повсеместно являются закрытыми. Однако с уверенностью можно сказать, что появление таких элементов знаменовало бы революцию в развитии средств вычислительной техники новых поколений.

Поскольку микроэлектроника подходит к пределам, то зондируются и качественно новые пути.

Наиболее интенсивные исследования проводятся по следующим направлениям:

- создание молекулярных и биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);

- разработка квантовых компьютеров;

- разработка оптических компьютеров.

Рассмотрим основные принципы их построения.

Молекулярные компьютеры. Во многих странах проводятся опыты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и реагировать на воздействия током, светом и т.п. Например, ученые фирмы Hewlett-Packard и Калифорнийского университета (UCLA) доказали принципиальную возможность создания молекулярной памяти на основе молекул роксана1. Продолжаются работы по созданию логических схем, узлов и блоков. По оценкам ученых, подобный компьютер будет в 100 млрд. раз экономичнее современных микропроцессорных устройств.

Основная проблема заключается в обеспечении устойчивости сложных структур.

Биокомпьютеры и нейрокомпьютеры. Идея создания подобных устройств базируется на основе теории перцептрона - искусственной нейронной сети, способной обучаться. Инициатором этих идей был Ф. Розенблат. Он указал, что структуры, обладающие свойствами мозга и нервной системы, позволяют получить целый ряд преимуществ:

• параллельность обработки информационных потоков;

• способность к обучению и настройке;

• способность к автоматической классификации;

• более высокую надежность;

• ассоциативность обработки.

Компьютеры, состоящие из нейроподобных элементов, могут искать нужные решения посредством самопрограммирования, на основе соответствия множеств входных и выходных данных. В настоящее время уже созданы и используются программные нейропакеты, которые доказывают принципиальную возможность построения подобных машин на СБИС. Принцип построения и работы перцептрона описан в [45].

Квантовые компьютеры. Принцип работы элементов квантового компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные уровни энергии Е0, Е1,...Еп. Переход электрона с нижнего энергетического уровня на более высокий связан с поглощением кванта электромагнитной энергии - фотона. При излучении фотона осуществляется обратный переход. Всеми подобными переходами можно управлять, используя действие электромагнитного поля от атомного или молекулярного генератора. Этим исключаются спонтанные переходы электронов с одного уровня на другой.

Основным строительным блоком квантового компьютера служит qubit (Quantum Bit), который может иметь большое число состояний. Для таких блоков уже определен логически полный набор элементарных функций. Известны эксперименты по созданию RISC-процессора на RSFQ-логике (Rapid Single Flux Quantum) и проекты создания петаф- лопных (1000 триллионов операций в секунду) компьютеров[6] [7]. Фирма Intel объявила о начале разработок квантового компьютера.

Оптические компьютеры. Идея построения оптического компьютера давно волнует исследователей. Многие устройства компьютеров уже используют оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM и DVD-ROM. Появились и успешно работают оптоволоконные линии связи. Остается разработать устройство обработки информации с использованием световых потоков. Способность света параллельно распространяться в пространстве дает возможность создавать параллельные устройства обработки. Это позволит на много порядков ускорить быстродействие компьютеров.

Пока отсутствуют проекты создания чисто оптических процессоров, но уже проводятся эксперименты по проектированию оптоэлектронных и оптонейронных отдельных устройств.

Чем же сейчас знаменуется состояние элементной базы?

На рубеже 2002-2003 гг. произошли достаточно важные события. Процессор Pentium 4 преодолел частотный рубеж в 3,06 ГГц и наконец-то появился коммерческий 64разрядный микропроцессор Intel Itanium II, ранее известный под кодовым названием McKinley. Новая модель выполнена на базе 0,18-микронной (стареющей) технологии. Но

уже запланирован выпуск следующих моделей процессоров под кодовыми названиями Madison и Deerfield (2003 год, 0,13-микронная технология), а также Montecito (2004 год, 0,09-микронная технология).

Самый «крупный» Intel-процессор Itanium II предназначается для комплектования серверов, имеет не очень высокую частоту 1,2 ГГц, ориентирован на обработку крупных массивов данных и выполнение транзакций, требовательных к вычислительным ресурсам, что свойственно большинству современных приложений, применяемых в деловой и научно-исследовательской сферах. Процессор использует 400-мегагерцевую, 128разрядную системную шину с пропускной способностью 6,4Гбайт/ с. Имеются кэш уровня L1 объемом 32 Кбайта; кэш уровня L2 объемом 256 Кбайт; кэш уровня L3 объемом 3 Мбайта. Конвейер обработки команд имеет длину 8 стадий (у Pentium IV количество стадий равно 20) и состоит из 11 каналов, что позволяет параллельно выполнять несколько программ или нитей - threads одной программы. В процессоре имеется несколько исполнительных блоков и 328 регистров сверхоперативной памяти (128 основных, 128 для операций с плавающей точкой, 64 предикативных регистра и 8 регистров ветвления). Все это позволяет процессору выполнять до 6 команд за один системный такт. На базе данных микросхем можно создавать системы, включающие до 32 процессоров в симметричной многопроцессорной (SMP) конфигурации и до 512 процессоров при построении кластерных систем.

<< | >>
Источник: А.П. Пятибратов, Л.П. Гудыно, А.А. Кириченко. Вычислительные машины, сети и телекоммуникационные системы. 2009

Еще по теме Альтернативные пути развития элементной базы:

  1. 13.1. Возможные пути развития общества
  2. ПЕРСПЕКТИВЫ И ПУТИ РАЗВИТИЯ ЭТНОПСИХОЛОГИИ КАК НАУКИ
  3. ГЛАВА 1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И ПУТИ РАЗВИТИЯ СОЦИОЛОГИЧЕСКОГО ЗНАНИЯ О ЖУРНАЛИСТИКЕ
  4. Глава I. Возникновение и пути развития социологического знания о журналистике (С.М. Виноградова)
  5. Психолого-педагогические пути обеспечения развития и эффективности образовательного процесса в юридических образовательных учреждениях.
  6. 4.5. Право изготовителя базы данных
  7. Глава 9 Создание экспертной базы данных
  8. Социологическое обеспечение доказательной базы журналистского текста
  9. Социологическое обеспечение доказательной базы журналистского текста
  10. РЕШЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНОЕ
  11. 1. Понятие программы для ЭВМ, базы данных и топологии интегральной микросхемы и основные правила их охраны
  12. 2. Альтернативные объяснения
  13. 2. Регулирование отдельных видов альтернативной энергетики
  14. 8.8.1. На альтернативной Земле
  15. § 10.2. Подходы к изучению личности, альтернативные теории черт
  16. § 7. Обязательства альтернативные и факультативные (п. 1903-1909)
  17. Статья 539. Выполнение альтернативного обязательства
  18. Альтернативное телевидение
  19. ГИПОТЕЗА АЛЬТЕРНАТИВНАЯ
  20. 6.4.2. Альтернативные формы семьи