ב-Online
 
 
 
 
 
 
 
Popular Science 
כך ימשיכו להאיץ את קצב הפעולה של המחשבים 
 
 מחשב מירוץ    צילום: GettyImages    
Popular Science |
 

שלוש טכנולוגיות מתקדמות יצטרפו למרוץ המתמשך אחר מחשבים מהירים יותר. הכירו אותן

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
מאז שהומצא הטרנזיסטור שלטו מוליכים למחצה שיוצרו מסיליקון. אולם, כעת קרבים הטרנזיסטורים שמיוצרים מסיליקון לקצה גבול יכולתם. התחממות יתר וקשיי ייצור מונעים המשך פיתוח של מעבדים מהירים וקטנים יותר. היצרנים חייבים למצוא חומרים חדשים ושיטות חדשות שיאפשרו להתמודד עם החום הגבוה ויסייעו לעבד נתונים בקצב מהיר יותר. המומחים שוקדים על שלוש טכנולוגיות שעשויות לתת מענה לאתגרים אלה: ספינטרוניקה, גראפן ונגדי זיכרון. בעתיד עשויות טכנולוגיות אלה להניב מחשבים מהירים מאוד, חסכוניים במיוחד וכה קטנים עד שניתן להחזיק אותם בכף היד.
 

1. זיכרון מסוג חדש

בנגדי זיכרון ניתן לאחסן עד 100 ג'יגה-בתים בסנטימטר מרובע אחד
 בנגדי זיכרון ניתן לאחסן עד 100 ג'יגה-בתים בסנטימטר מרובע אחד 
 צילום: Popular Science 
 
גישה לנתונים בכונן קשיח מכאני (או בזיכרון פלאש אלקטרוני) גוזלת זמן וצורכת חשמל. זיכרונות RAM דינמיים (D-RAM), שמזינים במהירות נתונים למעבד, כבר מתקרבים לקצה גבול היכולת. "שתי הטכנולוגיות - של הכונן הקשיח ושל זיכרונות D-RAM - יגיעו בעוד מספר דורות למבוי סתום" אומר ר. סטנלי וויליאמס מהמעבדה של HP למידע ומערכות קוואנטיות. להערכתו יימצא הפיתרון ברכיבים המכונים נגדי זיכרון (memristors). נגדי הזיכרון הצטרפו לא מכבר לנגדים הרגילים, לקבלים ולסלילי ההשראה כרכיב הבסיסי הרביעי של המעגלים החשמליים. אולם, בניגוד לשאר הרכיבים, יכולים נגדי הזיכרון לזכור את מצבם האחרון, אפילו לאחר שמכבים את המחשב. כששבים ומדליקים את המחשב תהיה ההתנגדות זהה לזו שהייתה ברגע הכיבוי, מה שמבטיח זיכרון מיידי.

נגדי הזיכרון הומצאו בתיאוריה כבר לפני 30 שנים, אבל רק בתחילת השנה הנוכחית הצליחו וויליאמס ואנשיו לתכנן את נגד הזיכרון הפועל הראשון. בעוד חמש שנים, מעריך וויליאמס, יותקנו השבבים במחשבים, בין זיכרונות D-RAM לבין הכוננים הקשיחים, ויחסכו את תהליך האתחול הממושך. בעתיד הרחוק יותר עשויים נגדי הזיכרון, שצפיפות האחסון שלהם גבוהה מזו של זיכרונות הפלאש המתקדמים ביותר וזמן הכתיבה שלהם מהיר מזה של זיכרונות D-RAM, לתפוס את מקומן של שתי הטכנולוגיות במקביל.
 
 

2. הקץ לסיליקון - הכירו את הגראפן

יריעת פחמן בעובי של אטום בודד נקראת גראפן
 יריעת פחמן בעובי של אטום בודד נקראת גראפן 
 צילום: Popular Science 
 
החום הוא אחד המכשולים העיקריים בפני פיתוח של מעבדים קטנים ומהירים יותר; במרבית החומרים, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כן גובר הקושי של האלקטרונים לעבור בחומר. אולם, פיתוח חדש של חומר ותיק עשוי לפתור את הבעיה. גראפיט מיוצר משכבות דקות של אטומי פחמן בעלי קשרים הדדיים. לפני ארבע שנים בדקו חוקרים מאוניברסיטת מנצ'סטר בבריטניה את המאפיינים החשמליים של יריעת פחמן דקה המכונה גראפן, והציתו עניין במה שעשוי להתגלות כסוג חדש לחלוטין של מוליכים למחצה. בחודש אפריל האחרון הם ייצרו מגראפן את הטרנזיסטור הקטן בעולם - בעובי של אטום אחד וברוחב של עשרה אטומים בלבד.

בניגוד לאלקטרונים של סיליקון, אלו של הגראפן יכולים לנוע ללא הפרעה למרחקים ארוכים. היעילות הרבה - עד פי מאה בהשוואה לסיליקון - מאפשרת ליצור רכיבים מהירים במיוחד, ללא חשש להתחממות יתר (שמקורה בהתנגשויות). מלבד טרנזיסטורים, מקווים החוקרים לפתח גם כבלי גראפן, שיוליכו אלקטרונים מקצה השבב ועד קצהו בקצב מהיר בהרבה בהשוואה לחומרים בהם משתמשים כיום.
 

3. להעביר מידע באלקטרונים

מרבית המכשירים האלקטרוניים קוראים נתונים - קוד בינארי של 1 ו-0 - על סמך הימצאות מטען חשמלי או היעדרו. בעשור האחרון הציעו מדענים לייצג 1 ו-0 באמצעות אלקטרונים בודדים. כל אלקטרון מתאפיין בקוטב מגנטי ובכיוון סיבוב, אבל אלקטרונים לא מסתובבים בכיוון השעון או כנגדו, אלא כלפי מעלה או כלפי מטה. כיוון הסיבוב יכול לייצג 1 או 0 [טכנולוגיה שמכונה ספינטרוניקה].

עד לא מכבר הצליחו מדענים לשלוט בכיוון הסיבוב של האלקטרונים ולזהות אותו [על מנת לפתח מכשירים בעלי צריכת חשמל חסכונית יותר] במוליכים למחצה דוגמת גליום ארסניד - חומר שמשמש בדיודות לייזר - אך לא בסיליקון. זה היה מכשול משמעותי, משום שכל תשתית הייצור של רכיבי המחשב מותאמת לשבבי סיליקון. בשנה שעברה הצליח איאן אפלבאום, שמכהן כיום כפרופסור לפיזיקה באוניברסיטת מרילנד, להעביר אלקטרונים שסובבים בכיוון תואם דרך שבב סיליקון בעובי של 350 מיקרון ולזהות את כיוון הסיבוב ביעד. במקביל הראו איגור צוטיק ועמיתיו מהאוניברסיטה של מדינת ניו יורק בבאפלו שאם מתאמים את כיוון הסיבוב של האלקטרונים בלייזר מוליך למחצה, יורדת צריכת החשמל. לייזרים כאלה יכולים להעביר כמויות מידע גדולות עד פי אלף בין רכיבים שונים של המחשב - כתחליף לכבלי הנחושת המקובלים כיום.
 
רק אלקטרונים שמסתובבים בכיוון הנכון יכולים לעבור דרך המסננים ולהגיע לקצה, בו מזוהה המטען
 רק אלקטרונים שמסתובבים בכיוון הנכון יכולים לעבור דרך המסננים ולהגיע לקצה, בו מזוהה המטען   צילום: Popular Science 
 

כדאי לדעת: הדרך שעושים האלקטרונים בשבבי סיליקון

1. מוזרקים
מזרק האלקטרונים מורכב משני לוחות מתכת, שאחד מהן מגנטי, אשר מופרדים במבודד דק במיוחד. כשמפעילים מתח בין שני הלוחות עוברים האלקטרונים מהלוח הלא מגנטי ללוח המגנטי.

2. מסוננים
רק אלקטרונים שמסתובבים בכיוון של החומר המגנטי יכולים להמשיך. שאר האלקטרונים משוגרים למקומות אחרים.

3. ממשיכים
האלקטרונים עוברים מרחק של 350 מיקרונים בשבב הסיליקון, תוך שמירה על כיוון הסיבוב - לעבר רכיבים והתקנים נוספים.

4. מזוהים
האלקטרונים נדחקים לעבר לוח צר מחומר מגנטי. אלקטרונים שכיוון הסיבוב שלהם זהה לזה של המגנט מועברים למוליך למחצה סמוך, שם מזוהה המטען שלהם (למשל 1). אלקטרונים אחרים, בעלי מטען 0, מועברים למקומות אחרים.
 

עוד בגיליון: התעלומות של שבתאי

רוצים לקרוא על התעלומות של שבתאי ועל פתרונן הצפוי? תוכלו למצוא זאת בגיליון המלא של Popular Science ישראל. אתר nana10 מציע לכם מנוי היכרות ל-Popular Science ישראל במחיר מיוחד. לחצו כאן לפרטים.
 
 
 
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ ilan @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
 
@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ ilan @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
 
 
תגובות
הוסף תגובה0 תגובות
הוספת תגובה
מאת
 
נושא
 
תוכן
 
 
 
 
תודה! תגובתך התקבלה.
התגובה תתפרסם בכפוף לתנאי האתר.
 
 
 
 
 

כל הזכויות שמורות 2011 © נענע 10 בע"מ
 
 
 
 
כל הזכויות שמורות © Nana10 בע"מ
Video powered by