09:29 Нанокомпьютер – товар будущего! |
 Междисциплинарная группа учёных и инженеров из корпорации MITRE и Гарвардского университета собрали ультракомпактную вычислительную систему, которая существует «за пределами» закона Мура. Фундаментальный принцип гласит, что плотность упаковки элементов в устройстве и вычислительная мощность компьютеров удваиваются каждые два-три года.Считается, что менее чем через десять лет производительность современных электронных устройств достигнет своего предела. И тогда в свои права вступит новая эра − эра наноэлектроники... Нанокомпьтер- это вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, биологических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров. Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. На данный момент создан нанотранзистор — основа нанопроцессора. Достижения современных информационных технологий и очевидная неизбежность появления в ближайшем будущем принципиально новых разработок порой тесно переплетаются со вчерашней фантастикой. Почитать Квантовый Компьютер Исследователи опубликовали статью в журнале PNAS, в которой описали свой эксперимент. За относительно короткий срок им удалось собрать сверхтонкий миниатюрный управляющий компьютер. Как уточняют физики, это самая плотная наноэлектронная система из когда-либо созданных. Устройство получило название nanoFSM — акроним от термина nanoelectronic finite-state machine (наноэлектронный конечный автомат). Помимо миниатюрности (по размеру он сопоставим с человеческим нейроном) компьютер может похвастаться крайне низким электропотреблением. Он состоит из сотен нанопроводов-транзисторов, каждый из которых в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса. Говоря о питании, разработчики чуда техники утверждают, что компьютер можно назвать «энергонезависимым». То есть каждый транзистор-переключатель «помнит» состояние, включённое или выключенное, даже при отсутствии электричества. В nanoFSM транзисторы-провода собраны в цепи на нескольких микроскопических плитках. Эти плитки проводят электрический импульс по всему компьютеру, обеспечивая таким образом работу вычислительных процессов и обработку сигналов. Такие мини-процессоры могут стать незаменимыми не только для гибкой пользовательской электроники, но и для создания микроскопических биомедицинских датчиков-имплантатов или роботов размером с насекомое. Почитать Миниатюризация космических Систем Технология представлена не впервые: в 2011 году эта же команда продемонстрировала собранную ими первую плитку из нанотранзисторов, способную производить элементарные вычисления, а сегодня готов уже полностью функциональный процессор, способный выполнять более сложные задачи. «Создавать эту штуку было непросто. Нам нужно было разработать такую архитектуру системы и дизайн наноцепи, чтобы уместить всё необходимое на минимальной площади. Но, как только мы придумали саму модель, наши коллеги из Гарварда предложили блестящее исполнение идеи», — рассказывает главный архитектор нанокомпьютера Шамик Дас (Shamik Das) из корпорации MITRE. Секрет технологии в первую очередь кроется в нестандартном методе сборки процессора. Как правило, литографические методы подразумевают комплектацию «сверху вниз», то есть более мелкие элементы изготавливаются из более крупных конструкций. Инженеры из Гарварда впервые применили сборку «снизу вверх» (bottom-up): крупная конструкция наращивается из мельчайших составляющих, при этом изготавливается сразу несколько копий nanoFSM, соответствующих заранее заданному дизайну. Без подобных технологий, согласно закону Мура, современной электронике через несколько лет придёт конец. Достигнув предела плотности и производительности, вычислительные системы «застрянут» на одном месте. Поэтому, уверены разработчики из команды nanoFSM, именно такие устройства, как нанопроцессоры, станут первым шагом в будущее электроники... Почитать Суператомы с магнитной оболочкой Выдающиеся способности биомолекул к хранению и обработке информации уже около десятилетия привлекают внимание ученых, пытающихся отыскать наиболее достойную замену компьютерным микросхемам на основе кремния. Ведь ДНК, знаменитая молекула в форме двойной спирали, присутствует в ядрах всех живых клеток и способна, занимая объем в один кубический сантиметр, содержать информации больше, чем триллион компакт-дисков. Почитать ДНК Постепенно двигаясь по пути создания программируемых компьютеров на основе молекул ДНК, ученые-исследователи приближают эпоху, когда живые «вычислительные машины» смогут умещаться в одной клетке человеческого организма. Подобный «биологический нанокомпьютер» будет настолько мал, что триллион таких компьютеров может работать одновременно в единственной капле воды. Теоретические расчеты дают основания предполагать, что так называемые ДНК-компьютеры в конечном счете способны превзойти кремниевые чипы в решении массивно-параллельных задач, требующих одновременного выполнения множества сходных операций. Но еще более заманчивые перспективы биологические нанокомпьютеры сулят в специальных приложениях, таких как медицина и фармакология. Компьютерам подобного рода предстоит еще очень долгий путь к тому, чтобы стать сколько-нибудь практической технологией. Однако недавняя работа группы израильских исследователей, опубликовавших статью в журнале Nature (Y. Benenson, T. Paz-Elizur, R. Adar, E. Keinan, Z. Livneh & Ehud Shapiro, «Programmable and autonomous computing machine made of biomolecules», Nature, 414, pp. 430-434, 2001), показывает, что ученые уже научились создавать несложные программируемые вычислительные устройства, способные работать в условиях натурального биологического окружения типа клетки. В суммарном подсчете коллективная вычислительная мощь биологических компьютеров в израильском устройстве составляет миллиард операций в секунду при точности вычислений более 99,8%. Затраты же энергии на эти вычисления составляют менее одной миллиардной доли ватта, что делает возможным функционирование таких нанокомпьютеров внутри человеческого тела. Биокомпьютер Эдлмана ДНК-компьютеры создаются последние годы во многих научно-исследовательских центрах мира, пытающихся объединить потенциал биологии и информационных технологий. Сильнейший толчок этим работам дали эксперименты американского исследователя Леонарда Эдлмана (Leonard Леонард ЭдлманAdleman), профессора университета Южной Калифорнии, прежде известного как соавтор знаменитой криптосхемы RSA (алгоритм Райвеста-Шамира-Эдлмана). В 1994 году Эдлман, переключившийся с криптографии на биомолекулярные коды, продемонстрировал, что с помощью единственной пробирки с ДНК можно весьма эффектно решать классическую комбинаторную «задачу о коммивояжере», т. е. отыскивать кратчайший маршрут обхода вершин графа. При классических компьютерных архитектурах данная задача требует массивно-параллельных вычислений с опробованием каждого варианта, а ДНК-метод позволяет сразу сгенерировать все возможные варианты решений и с помощью известных биохимических реакций быстро отфильтровать, именно, ту молекулу-нить, в которой закодирован нужный ответ. Были, правда, в демонстрационном эксперименте Эдлмана и существенные проблемы, особо отчетливо проявившиеся при попытках развить полученный результат. Во-первых, для организации биомолекулярных вычислений требуется весьма трудоемкая серия реакций, каждую из которых необходимо проводить под наблюдением ученых. Но еще больше трудностей вызывает проблема масштабирования задачи. В ДНК-компьютере Эдлмана оптимальный маршрут обхода отыскивался всего для 7 вершин графа. Но чем больше пунктов-городов надо объехать коммивояжеру, тем больше биологическому компьютеру требуется ДНК-материала. И эти объемы при нынешних технологиях вычислений очень быстро становятся совершенно неподъемными. Так, было подсчитано, что если начать масштабировать методику Эдлмана для решения задачи обхода не 7 пунктов, а 200, то вес ДНК, необходимой для представления всех возможных решений, превысит вес нашей планеты. Именно, данное обстоятельство, надо сказать, стало причиной того, почему компания IBM, к примеру, сразу предпочла сфокусироваться на других идеях альтернативных компьютеров, таких как углеродные нанотрубки и квантовые компьютеры. Конечный биоавтомат Шапиро В новой работе израильских ученых из Вейцмановского института избрано существенно иное направление исследований. Эта команда во главе с профессором Эхудом Шапиро (Ehud Shapiro) решила создавать не специализированную методику для решения строго конкретной задачи, а технологию многоцелевого нанокомпьютера на базе уже известных свойств биомолекул, таких как ДНК и энзимы. По словам Шапиро, создание их ДНК-компьютера вдохновило явное сходство между принципами обработки информации в ДНК и функционированием теоретического устройства, известного в математике как «конечный автомат» или машина Тьюринга. Почитать Молекулярный Мотор Машина Тьюринга обрабатывает и хранит информацию, как последовательности символов, что совершенно очевидным образом соотносится с работой «биологической автоматики» в живых клетках. В качестве начального этапа нано-биоавтомат, разработанный командой Шапиро, реализует частный случай машины Тьюринга: автомат с двумя состояниями и двухсимвольным алфавитом. Продемонстрировано, что на основе искусственно синтезированных нитей ДНК можно создавать систему, которая автоматически, без участия человека, различает в поступающих на ее вход последовательностях символы двух видов («нули» и «единицы»), а также подсчитывает четность последовательностей. Разработанный Эхудом Шапиро и его коллегами биокомпьютер требует для работы лишь составления правильной молекулярной смеси. Затем, примерно, за час эта смесь самостоятельно порождает молекулу ДНК, в которой закодирован ответ на поставленную перед вычислителем несложную задачу. В этом биокомпьютере ввод и вывод информации, а также роль «программного обеспечения» берут на себя молекулы ДНК. В качестве же «аппаратного обеспечения» выступают два белка-энзима естественного происхождения, которые манипулируют нитями ДНК. При совместном замешивании молекулы программного и аппаратного обеспечения гармонично воздействуют на молекулы ввода, в результате чего образуются выходные молекулы с ответом. В целом же система функционирует, как простой конечный автомат. Задачи, которые способен решать этот автомат, зависят от подаваемых на вход молекул и от молекул программного обеспечения. Пользуясь формальным языком, сейчас автомат способен обрабатывать «регулярные выражения», т. е. находить ответы на несложные вопросы относительно содержимого списков, содержащих два типа символов, таких как «0» и «1», или «a» и «b». Например, четно ли число единиц в последовательности? Или есть ли в последовательности по крайней мере один символ «b»? В общей сложности биомолекулярный нанокомпьютер израильских ученых сейчас можно запрограммировать на отыскание ответов для 756 подобных вопросов. Почитать Живая Вода В последнее время ученые успешно развивают новый вариант развития компьютерной техники. Их задумка – совершенно новый электронный материал, способный видоизменяться. В их интерпретации изменения будут происходить в зависимости от вычислительных потребностей. Эта технология состоит в следующем: будет задействована часть определенного материала, с помощью которой можно будет управлять электрическим током. При этом будет возможным перенаправлять потоки электронов одновременно в различные стороны. Из чего же будет состоять этот необычный материал? Ученые рассматривают кремний, добавление к нему полимеров и конечно же наночастиц. Нанокомпьютеры будут обладать сверх свойствами и самым высоким интеллектом. Они смогут адаптировать электронные схемы и оптимизировать свою производительность. Это сложно представить, но будет реально в течение нескольких лет. Только представьте себе, что ваш компьютер сможет превращаться в любое другое устройство. Это и значительная экономия, нанокомпьютер станет единственной крупной покупкой, все остальное будет без надобности. Технология превращения и перенаправления электронного тока требует тщательного изучения. Для этого придется задействовать несколько видов наночастиц, провести массу опытов, привлечь профессиональных программистов и инженеров. Такие исследования обойдутся в значительную сумму иностранной валюты, поэтому придется подождать, ведь инвестиции в науку не настолько высокие, как хотелось бы. Нанокомпьютер способен поразить современный рынок и производителей мобильной и компьютерной техники. Трудно представить, какая себестоимость будет у этого продукта, но она точно того стоит. Универсальное устройство – это то, что нужно современному потребителю. Нанокомпьютер – товар будущего! http://news.rambler.ru/23343306/ http://www.nanoware.ru/nanokompyuter.html http://www.homepc.ru/2002/68/16100/ |
|
|
| Всего комментариев: 0 | |