Современные компьютеры действительно удивительны и продолжают совершенствоваться с годами. Одна из многих причин, по которой это произошло, связана с лучшей вычислительной мощностью. Каждые 18 месяцев или около того число транзисторов, которые можно разместить на кремниевых чипах в интегральных схемах, удваивается.
Это известно как закон Мура и было тенденцией, замеченной соучредителем Intel Гордоном Муром еще в 1965 году. Именно по этой причине технологии развивались такими быстрыми темпами.
Что такое закон Мура?
Закон Мура закон — это наблюдение, когда компьютерные чипы становятся быстрее и энергоэффективнее, а производство становится дешевле. Это один из ведущих законов развития в области электронной техники, и он действует уже несколько десятилетий.
Однако однажды закон Мура придет к концу. Хотя нам уже говорили о предстоящем конце в течение нескольких лет, он почти наверняка приближается к своим заключительным этапам в нынешнем технологическом климате.
Это правда, что процессоры постоянно становятся быстрее, дешевле и имеют больше транзисторов. Однако с каждой новой итерацией компьютерного чипа производительность растет меньше, чем когда-то.
В то время как более новые центральные процессоры (ЦП) поставляются с улучшенной архитектурой и техническими характеристиками, улучшения для повседневной деятельности, связанной с компьютером, сокращаются и происходят медленнее.
Почему закон Мура имеет значение?
Когда закон Мура, наконец, «кончается», кремниевые чипы не приспособят дополнительные транзисторы. Это означает, что для дальнейшего развития технологий и внедрения инноваций следующего поколения необходимо будет заменить вычисления на кремниевой основе.
Риск заключается в том, что закон Мура приходит к его гибели без замены. Если это произойдет, технический прогресс, какой мы его знаем, может быть остановлен.
Потенциальные замены кремниевых компьютерных чипов
Поскольку технологический прогресс формирует наш мир, вычисления на основе кремния быстро приближаются к своему пределу. Современная жизнь зависит от кремниевых полупроводниковых чипов, которые питают нашу технологию — от компьютеров до смартфонов и даже медицинского оборудования — и могут быть включены и выключены.
Важно знать, что кремниевые чипы еще не «мертвы» как таковые. Скорее, они далеко позади своего пика с точки зрения производительности. Это не значит, что мы не должны думать о том, что может заменить их.
Компьютеры и технологии будущего должны быть более гибкими и чрезвычайно мощными. Для этого нам понадобится нечто намного превосходящее современные компьютерные чипы на основе кремния. Это три возможных замены:
1. Квантовые вычисления
Google, IBM, Intel и целый ряд небольших начинающих компаний стремятся поставить самые первые квантовые компьютеры . Эти компьютеры с помощью квантовой физики будут обеспечивать невообразимую вычислительную мощность, обеспечиваемую «кубитами». Эти кубиты гораздо мощнее кремниевых транзисторов.
Однако, прежде чем потенциал квантовых вычислений может быть раскрыт, физикам предстоит преодолеть много препятствий. Одним из этих препятствий является демонстрация того, что квантовая машина является превосходной, лучше справляясь с определенной задачей, чем обычный компьютерный чип.
2. Графен и углеродные нанотрубки
Открытый в 2004 году графен является действительно революционным материалом. что выиграло команду позади этого Нобелевской премии.
Он чрезвычайно сильный, он может проводить электричество и тепло, его толщина составляет один атом с гексагональной структурой решетки, и он доступен в изобилии. Однако могут пройти годы, прежде чем графен станет доступным для коммерческого производства.
Одна из самых больших проблем, стоящих перед графеном, заключается в том, что его нельзя использовать в качестве переключателя. В отличие от кремниевых полупроводников, которые могут включаться или выключаться электрическим током — это генерирует двоичный код, нули и единицы, которые заставляют компьютеры работать — графен не может.
Это будет означать, что компьютеры на основе графена, например, никогда не могут быть выключены.
Графен и углеродные нанотрубки все еще очень новы. В то время как компьютерные чипы на основе кремния разрабатывались десятилетиями, открытию графена всего 14 лет. Если в будущем графен заменит кремний, многое еще предстоит сделать.
Несмотря на это, это, безусловно, теоретически самая идеальная замена чипам на основе кремния. Подумайте о складных ноутбуках, сверхбыстрых транзисторах, телефонах, которые невозможно сломать. Все это и многое другое теоретически возможно с графеном.
3. Наномагнитная логика
Графен и квантовые вычисления выглядят многообещающе, но наномагниты тоже. Наномагниты используют наномагнитную логику для передачи и вычисления данных. Они делают это с помощью бистабильных состояний намагниченности, которые литографически прикреплены к сотовой архитектуре схемы.
Наномагнитная логика работает так же, как кремниевые транзисторы, но вместо того, чтобы включать и выключать транзисторы для создания двоичного кода, именно переключение состояний намагничивания делает это. Используя диполь-дипольные взаимодействия — взаимодействие между северным и южным полюсом каждого магнита — эту двоичную информацию можно обработать.
Поскольку наномагнитная логика не зависит от электрического тока, потребление энергии очень низкое. Это делает их идеальной заменой, если принять во внимание факторы окружающей среды.
Какая замена кремниевого чипа наиболее вероятна?
Квантовые вычисления, графен и наномагнитная логика — все это многообещающие разработки, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки.
Что касается того, кто в настоящее время лидирует, тем не менее, это наномагниты . Поскольку квантовые вычисления по-прежнему представляют собой не что иное, как теорию и практические проблемы, с которыми сталкивается графен, наномагнитные вычисления выглядят как наиболее перспективный преемник схем на основе кремния.
Впрочем, впереди еще долгий путь. Закон Мура и компьютерные чипы на основе кремния по-прежнему актуальны, и могут пройти десятилетия, прежде чем мы нуждаемся в замене. К тому времени, кто знает, что будет доступно Может случиться так, что технология, которая заменит текущие компьютерные чипы, еще не открыта.