لا يقاس أداء الكمبيوتر بسرعته ولكن من خلال العمليات التي يمكنه القيام بها. وهكذا تم تقديم التقليب وهو ما يعني عدد ...
لا يتم قياس أداء الكمبيوتر بسرعته ولكن من خلال العمليات التي يمكنه القيام بها ، وبالتالي تم تقديم التقليب وهو ما يعني عدد مشغلي النقطة العائمة التي يمكن لجهاز الكمبيوتر القيام بها في الثانية.
في هذا العقد ، حققت الحوسبة لدينا سرعة ظاهرة oما يقرب من 100 بيتافلوبس وفي العقد القادم نستهدف سرعة 1000 زيتافلوبس. لكن القيد هو أن قانون مور قد حقق تقريبًا استقراءه ، وبالتالي إذا حاولنا جعل الترانزستورات أصغر حجمًا ، فإن البوابات ستصبح صغيرة ورقيقة بالمقابل ، وبعد ذلك ستدخل ميكانيكا الكم في السيناريو وستمر جميع الإلكترونات عبر البوابة بغض النظر عن حالة التشغيل / الإيقاف بسبب النفق الكمومي (يختفي الإلكترون في جانب واحد من البوابة ويعود للظهور على الجانب الآخر.)
حسنًا ، كان هناك العديد من الحلول لهذه المشكلة مثل OptoElectronics ، و Machine Learning ، وما إلى ذلك ، ولكن الحل الذي يحتوي على مستوى الأجهزة الأساسي هو معالجات الجرافين التي تستخدم أنابيب الكربون النانوية التي تقضي على عيب نفق الإلكترون. نظرًا لأن الإلكترون لا يتحرك بشكل أسرع في الكربون مقارنةً بالسيليكون ، لذلك يمكننا في الواقع التحكم فيها وتعديل البوابات وفقًا لذلك.
ما هو الجرافين؟
إذا كان لديك لوح متفاعل من الجرافيت ، فإنك تقشر طبقة بسمك ذرة واحدة وتعرف هذه الطبقة باسم الجرافين. أصلب من الماس ولكنه أكثر مرونة من المطاط ؛ أقوى من الفولاذ ولكنه أخف من الألمنيوم. الجرافين هو أقوى مادة معروفة حتى الآن.
برز الجرافين كواحد من أكثر الواعدة المواد متناهية الصغر بسبب توليفة فريدة من الخصائص الرائعة:
- أفضل موصل للحرارة حتى يعرف.
- شفافة بصريا.
- إنه خفيف ولكنه كثيف لدرجة أنه غير منفذ للغازات مثل الهيليوم. حركته الإلكترونية أسرع من السيليكون بحوالي 112.3 مرة.
طبقة أحادية الذرة ثنائية الأبعاد من الجرافيت تُعرف أيضًا باسم الجرافين.
أنابيب الكربون النانوية من الجرافين
إذا كان الجرافين عبارة عن لوح من الكربون بسمك ذرة فقط ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية نوعًا ما هي نسخة مطوية من الجرافين. فهي خفيفة الوزن وقوية كالصلب والأكثر فاعلية أنها تمتلك جميع خصائص الجرافين في المقام الأول. لكن الأكثر صلة بعلماء المواد ، هم شبه موصل شبه مثالي. تأثير الحوسبة العصبية التي نتحدث عنها ، لديها جميع الخلايا العصبية التي تم تنفيذها بواسطة أنابيب الكربون النانوية على مستوى الأجهزة.
كيف يتم دحرجة الأنابيب النانوية وصنعها من الجرافين
فيما يلي عرض موجز لواحدة من أفضل الشرائح وأكثرها تقدمًا مصنوعة من أي تقنية نانوية ناشئة ، وهي RISC-V-RV16X نانو.
RISC-V-RV16X نانو
قامت مجموعة من المهندسين من MIT ، قسم التناظرية ببناء هذه الشريحة ، وهي أكبر شريحة معروفة على الإطلاق يتم تصنيعها باستخدام CNTs.
لديها القدرة الوحيدة على استبدال 100s من أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية بسرعتها الحسابية التي تزيد عن 1700 ZetaFlops.
تم استخدام أكثر من 10,000,000 CNT لتشكيل 14,702 ترانزستورات ذات تأثير ميداني من الأنابيب النانوية الكربونية CMOS (CNTFETs) ، والتي تم ترتيبها بشكل أكبر في 3,762 كتلة منطقية رقمية ، والتي تعمل معًا كوحدة معالجة مركزية بدقة 16 بت متحكم - على وجه التحديد ، RV16XNano بها الجهد التشغيلي القياسي 1.8 فولت.
على الرغم من أن مستوى تنفيذه بعيد جدًا عن وحدة المعالجة المركزية الحديثة ، إلا أنه نفذ برنامجًا أرسل رسالة: "مرحبا بالعالم! أنا RV16XNano ، مصنوع من الأنابيب النانوية الكربونية".
صورة مجهرية لمركبة RV16XNano ملفقة بالكامل
شريحة النانو هذه ، التي تم تصنيعها في عام 2013 ، فتحت للتو أبواب الحوسبة عالية السرعة بنتائج دقيقة. ربما في العشرين إلى الثلاثين عامًا القادمة يمكنك تخيل لعب IGI20 في كمبيوتر عملاق في منزلك :).
ولكن مثل كل مادة تكنولوجية ، هناك مصطلح يسمى "الإيجابيات والأقماع" و CNTs كان لها ذلك أيضًا.
ما الخطأ في الأنابيب النانوية الكربونية؟
بعد اكتشاف الأنابيب النانوية الكربونية في عام 2004 ، بدأ الناس في التعرف على إمكاناتها كأسلاك "جزيئية" ، وهو أمر يبدو رائعًا للغاية. ومع ذلك ، فإن سماتها الجذابة تأتي مع عدد من المحاذير. إنها عرضة للتجميع في حزم تقتل أداء الترانزستور ، ويظل تصنيع الأنابيب النانوية ذات الانحرافات المحددة غير عملي لأغراض IC ، والتحكم في نوع الترانزستور لإنتاج الترانزستورات باستخدام الاستقطابين التكميليين من النوع n و p المركزية في تقنية CMOS يمثل مشكلة مماثلة . حدد الباحثون سلسلة من الحلول لهذه المشكلات: الشطف (إزالة الأنابيب النانوية المحتضنة من خلال التقشير الانتقائي) ، MIXED (هندسة الواجهة المعدنية المتقاطعة مع المنشطات الكهروستاتيكية) و DREAM (تصميم المرونة ضد الأنابيب النانوية الكربونية المعدنية).
على أي حال ، لا تزال بعض المشاكل دون حل والأبحاث جارية. ولكن على مستوى الأجهزة المجردة ، يمكننا أن نستنتج أن معالجات الجرافين هي جوهر الحوسبة وليس لها قيود معروفة على عكس Silicons حتى يأتي جوردون مور التالي بقانون: 3