Nanocomputing: A számítógépek valóban mikroszkóposak lehetnek?

A technika fejlődésével növekszik a törekvés a lehető legkisebb eszközök gyártására. Ezt látjuk körülöttünk; a szuperszámítógépek evolúciójától a mikroszámítógépekig a világ a lehető legkisebb méretezéssel foglalkozik.

Mi a nanocomputing?

Ahogy a neve is mutatja, a nanoszámítás olyan számítógépes folyamatokra és eszközökre utal, amelyek valóban kicsiek. Ez egy olyan kifejezés, amelyet az adatok mikrométernél kisebb számítógépek általi manipulálására, feldolgozására és ábrázolására használnak. A nanoszámítógépek 100 nanométeres vagy annál rövidebb félvezető tranzisztorokból készülnek.

Bontjuk le. A nanoszámítást két szóra bonthatjuk: "nano" és "számítástechnika". A számítástechnika számítógép (hardver vagy szoftver) használata adatfeldolgozásra és algoritmikus folyamatok végrehajtására. A Nano a nanométer szóból származik. Csakúgy, mint a centiméter és a méter, a nanométer is a hosszúság mértékegysége, és a méter milliárdosa.

Milyen kicsi a nanométer?

Ha azt mondod, hogy a nanométer a méter milliomod része, akkor nagyon elvont lehet, hogy megértsd. Tehát úgy döntöttünk, hogy összekapcsoljuk a mindennapi világgal.

• Az emberi DNS szálának átmérője 2,5 nanométer
• Egy papírlap körülbelül 100 000 nanométer vastag
• Egy hüvelykben 25 400 000 nanométer van
• Egy nanométer körülbelül olyan hosszú, amíg a körmöd egy másodperc alatt megnő
• Egyetlen aranyatom átmérője körülbelül egy nanométer
• Összehasonlító skálán, ha a márvány átmérője egy nanométer, akkor a Föld átmérője körülbelül egy méter lenne
• Az emberi haj átmérője körülbelül 75 mikron (rövidítve 75μm) vagy 75 000 nm (nanométer)

Nanotechnológia és nanokomputerek

A nanotechnológia rendkívül apró dolgok, például atomok és molekulák felhasználása rendszerek, struktúrák és eszközök előállítására. Ez magában foglalja az anyag tanulmányozását (tudomány és technika), amelynek méretei száz száz nanométer között vannak.

A nanoszámítógép egy nagyon apró áramkörrel rendelkező számítógép, amely csak mikroszkóp segítségével látható. Jelenlegi kütyüink félvezetőkből készülnek, amelyek hossza kevesebb, mint száz nanométer. A nanokomputerek úgy működnek, hogy adatokat tárolnak kvantumpontokban vagy pörgetésekben.

Miből áll egy nanokomputer?

A legtöbb számítógéphez hasonlóan a nanoszámítógépek is számítógépes chipekből készülnek, és az egyetlen különbség az, hogy lényegesen kisebbek, mint az általad ismert mikrochipek. A számítógépes chipek egy szilícium nevű félvezetőből készülnek.

Az évek növekedésével és a még kisebb eszközök létrehozására irányuló törekvések növekedésével egyre több tranzisztor tömörül szilíciumba. A modern processzorok több milliárd tranzisztort tartalmaznak, amelyeket finom rézhuzalok kötnek össze. Minden tranzisztor be / ki kapcsolóként szolgál, információk küldésére, fogadására és feldolgozására, valamint az áram vezérlésére a chipen keresztül.

Összefüggő: Mi az a CPU és mit csinál?

A nanocomputing előnyei

A nanoszámítás olyan számítási folyamatokat jelent, amelyeket tíz vagy száz egységgel kicsinyített eszközökkel hajtanak végre, amíg azok száz nanométernél kisebbek nem lesznek. Ez a kicsinyítés hatvanszorosára növeli az áramkör funkcionalitását.

Ez azt is jelenti, hogy az eszköz számítási teljesítménye milliószorosára nő. Ez csökkentett energiafogyasztáshoz és hosszabb akkumulátor-élettartamhoz vezet. Kisebb dobozok és ventilátorok készítése az áramkörök hűtésére szintén felesleges lenne.

A nanokomputerek szintén lényegesen gyorsabbak, mint a többi mikrokomputerek, és képesek olyan számításokat végrehajtani, amelyekre más számítógépek képtelenek lennének. Csökkentett méretük szintén további előnyt jelent, mivel kisebbekké, könnyebbé és könnyen hordozhatóvá válnak. Immunizálják őket a zajra és más zavarokra is.

A nanocomputing hátrányai

Annak ellenére, hogy a nanoszámítás sok előnnyel jár, hátrányai is vannak. A nanotechnológia alapján működő eszközök gyártása nagyon költséges és nehéz. Az eszközök mikroszkopikus méretre történő kicsinyítése olyan szintű technikát és szakértelmet igényel, amelyet csak nagy összegekkel lehet kielégíteni.

A nanoszámítás veszélyt jelent a jelenlegi gazdaságra is. A nanotechnológia megjelenése, sok más új technológiához hasonlóan, számos gazdasági területen jelentős változásokat okoz. A nanoszámítógépek eleinte drága luxusnak és megfizethetetlennek lennének, de idővel népszerűbbé és általánossá válnak. Ez nagyban befolyásolná a piacot, mert azok a technológiák és vállalatok, amelyek nem alkalmazkodnak vagy javulnak, megszűnnének. Ez pedig munkahelyek elvesztéséhez vezethet.

A nanoszámítógép mikroszkopikus jellege szintén hátrányt jelentene, mivel gyakorlatilag nem észlelhetők. A nanokomputerekből mikroszkópos rögzítőeszközök is készíthetők, és mindenféle észlelés nélkül titokban rögzítik és megsértik az emberek magánéletét.

A nanocomputing alkalmazásai

A nanoszámítás előnyei különböző területeken és folyamatokban hasznosak. A gyorsabb számítási folyamatok fokozott pontosságot biztosítanak a gépi tanulás és a mesterséges intelligencia fejlesztésében, az időjárási szokások előrejelzésében és a képek összetett alakjainak felismerésében.

A nanoszámítás két fő alkalmazási lehetősége ebben a pillanatban a DNS nanoszámítás és a kvantumszámítás.

DNS nanokomputálás

A nanoszámítás magában foglalja a nanoméretű struktúrák felhasználását számítási folyamatok előállításához. Nanoszkóp struktúrák, például fehérje és DNS (dezoxiribonukleinsav) használhatók nanokomputerek előállítására.

A DNS-számítás magában foglalja a DNS, a molekuláris biológiai hardver és a biokémia használatát a számítási folyamatok elvégzéséhez a hagyományos elektronikus számítástechnika helyett, amely szilícium chipeket használ. A DNS-ben szereplő információt négy karakteres genetikai ábécé (A [adenin], G [guanin], C [citozin] és T [timin]), a hagyományos elektronikus elektronikus bináris számok (1 és 0) helyett számítógépek.

Ha külön és nem egymást követő feladatokra alkalmazzák, akkor a DNS nanoszámítógép jobb, mint a hagyományos elektronikus számítógép, mivel nagyobb mennyiségű adatot képes tárolni a memóriában, és több műveletet végezhet a egyszer. A DNS nanoszámítógépek lényegesen gyorsabbak, mint elektronikus társaik.

A DNS nanoszámítást az orvostudományban alkalmazzák a gyógyszer vérbe juttatásának ellenőrzése és az antitestek kimutatása az ember immunrendszerében.

Quantum Computing

A DNS nanokomputáláshoz hasonlóan a hagyományos szilícium chipek használata a számítási folyamatok elvégzéséhez kvantumbiteket vagy kvbiteket használ. A kvantumbit (qubit) a kvantuminformációk alapegysége. Ez a klasszikus bit kvantum változata, de nagyobb információt képes tárolni, mint egy bit.

A kvantumszámítás az, ahol a számítási folyamatok nagyban függenek a kvantumelmélet elveitől, vagyis az energia viselkedésétől atom- és szubatomi szinten. Míg a számítógépek 1-eseket és 0-kat használnak az információk kódolásához, addig a kvantumszámítás olyan qubiteket használ, amelyek egyszerre több állapotban is lehetnek (mint 1 és mint 0).

Kvantum számítógépek kivételesen gyorsabbak, mint a hagyományos számítógépek. A kvantumszámítás felhasználható a gépi tanulás fejlesztésére, a gyógyszeres reakció szimulálására, a szállítási logisztika és a pénzügyi modellek fejlesztésére, valamint nagy mennyiségű adat feldolgozására nagy sebességgel.

Nanszámítás és a jövő

A nanoszámítás a nanotechnológia egyik ága, amely magában foglalja a számítástechnikai rendszerek és struktúrák kicsinyítését néhány nanométerre. Bár néhány évtizedbe telhet, mire a radikális nanoszámítási technológia kereskedelmileg megvalósíthatóvá válik, a nanoszámítás forradalmasítani fogja a számítógépek működését és felépítését.

Mit jelent a legutóbbi chiphiány az intelligens házipar számára?

Közelebbről megvizsgáljuk, hogy a közelmúltbeli hiány hogyan befolyásolhatja az egyre növekvő intelligens otthon iparágat.

Olvassa el a következőt

A szerzőről