Nanoarvutamine: kas arvutid võivad tõesti olla mikroskoopilised?

Tehnoloogia parenedes suureneb ka püüd võimalikult väikeste seadmete valmistamiseks. Me näeme seda kõikjal enda ümber; alates superarvutite arengust kuni mikroarvutiteni on maailm olnud võimalikult ulatuslik.

Mis on nanokompuuter?

Nagu nimigi ütleb, viitab nanotöötlus arvutusprotsessidele ja seadmetele, mis on tõesti väikesed. See on termin, mida kasutatakse andmete töötlemiseks, töötlemiseks ja mikromeetrist väiksemate arvutite esitamiseks. Nanoarvutusseadmed on valmistatud pooljuhttransistoridest, mille pikkus on 100 nanomeetrit ja vähem.

Jagame selle laiali. Nanoarvutused võib jagada kaheks sõnaks: "nano" ja "arvuti". Arvutamine on arvuti (riistvara või tarkvara) kasutamine andmete töötlemiseks ja algoritmiliste protsesside läbiviimiseks. Nano pärineb sõnast nanomeeter. Täpselt nagu sentimeeter ja meeter, on ka nanomeeter pikkuse mõõtühik ja miljardik meetrit.

Kui väike on nanomeeter?

Öeldes, et nanomeeter on miljardik meetrit, võib see olla teie jaoks väga abstraktne. Niisiis otsustasime selle seostada igapäevase maailmaga.

• Inimese DNA ahela läbimõõt on 2,5 nanomeetrit
• Paberilehe paksus on umbes 100 000 nanomeetrit
• Ühes tollis on 25 400 000 nanomeetrit
• Üks nanomeeter on umbes sama pikk, kui teie küüne kasvab ühe sekundi jooksul
• Üksik kuldaatom on umbes kolmandiku nanomeetri läbimõõduga
• Võrdleval skaalal, kui marmori läbimõõt oleks üks nanomeeter, siis Maa läbimõõt oleks umbes üks meeter
• Inimese juuste läbimõõt on umbes 75 mikronit (lühendatult 75 μm) või 75 000 nm (nanomeetrit)

Nanotehnoloogia ja nanotehnika

Nanotehnoloogia on äärmiselt väikeste asjade, näiteks aatomite ja molekulide kasutamine süsteemide, struktuuride ja seadmete tootmiseks. See hõlmab aine (teaduse ja tehnika) uurimist mõõtmetega vahemikus üks kuni sada nanomeetrit.

Nanoarvuti on tõeliselt tillukeste vooluringidega arvuti, mida saab näha ainult mikroskoobi abil. Meie praegused vidinad on valmistatud pooljuhtidest, mille pikkus on alla saja nanomeetri. Nanoarvutid töötavad andmete salvestamisega kvantpunktidesse või keerutustesse.

Millest nanokompuuter koosneb?

Nagu enamik arvuteid, on ka nanoarvutid valmistatud kiipidest ja ainus erinevus on see, et need on tunduvalt väiksemad kui teie tuttavad mikrokiibid. Arvutikiibid on valmistatud räni-nimelisest pooljuhist.

Kui aastad kasvavad ja püüd veelgi väiksemate seadmete loomiseks kasvab, surutakse üha enam transistore räni. Kaasaegsed protsessorid sisaldavad miljardeid transistore, mis on omavahel ühendatud peene vasktraadiga. Iga transistor toimib sisse / välja lülitina, mis saadab, võtab vastu ja töötleb teavet ning juhib voolu kiibi kaudu.

Seotud: Mis on protsessor ja mida see teeb?

Nanarvutite eelised

Nanoarvutamine tähendab arvutusprotsesse, mida teostavad seadmed, mida vähendatakse kümne või saja ühiku võrra, kuni nende suurus on väiksem kui sada nanomeetrit. See vähendamine suurendab ahela funktsionaalsust eksponentsiaalselt kuni kümme tuhat korda.

See tähendab ka seda, et seadme arvutusvõimsust suurendatakse miljon korda. See vähendab energiatarvet ja pikendab aku kasutusaega. Samuti oleks tarbetu teha väiksemaid kaste ja ventilaatoreid ahelate jahutamiseks.

Nanoarvutid on ka oluliselt kiiremad kui teised mikroarvutid ja suudavad teha arvutusi, mida teised arvutid ei suudaks. Nende vähendatud suurus on ka täiendav eelis, kuna need muutuvad väiksemaks, kergemaks ja hõlpsasti kaasaskantavaks. Samuti on nad immuunsed müra ja muude häirete suhtes.

Nanoarvutite puudused

Kuigi nanoarvutamisel on palju eeliseid, on sellel ka oma puudused. Nanotehnoloogia baasil toimivate seadmete valmistamine on väga kulukas ja keeruline. Seadmete vähendamine mikroskoopilisteks mõõtmeteks nõuab tehnilist taset ja asjatundlikkust, mida suudavad rahuldada ainult suured vahendid.

Nanoarvutamine kujutab endast ohtu ka praegusele majandusele. Nanotehnoloogia, nagu paljude teiste uute tehnoloogiate, tulek põhjustab olulisi muutusi paljudes majanduspiirkondades. Alguses oleks nanoarvutid kallis luksus ja taskukohane, kuid aja jooksul muutuksid need populaarsemaks ja tavalisemaks. See mõjutaks turgu suuresti, sest tehnoloogiad ja ettevõtted, kes ei kohane ega parane, läheksid oma tegevuse lõpetama. Ja see võib kaasa tuua töökohtade kaotuse.

Nanoarvuti mikroskoopiline olemus oleks samuti puuduseks, kuna neid pole praktiliselt võimalik tuvastada. Nanoarvutitest saab teha ka mikroskoopilisi salvestusseadmeid, mis salaja salvestavad ja riivavad inimeste privaatsust ilma neid tuvastamata.

Nanoarvutite rakendused

Nanoarvutuste eelised muudavad selle kasulikuks erinevates valdkondades ja protsessides. Kiiremad arvutusprotsessid tagavad masinõppe ja tehisintellekti arendamisel täpsema taseme, ennustades ilmastikutingimusi ja tuvastades piltidel keerukaid kujundeid.

Nanoarvutuste kaks peamist rakendust, mis meil praegu on, on DNA nanoarvutus ja kvantarvutus.

DNA nanoarvutamine

Nanoarvutus hõlmab nanoskaala struktuuride kasutamist arvutusprotsesside valmistamiseks. Nanoarvutite tootmiseks võib kasutada nanomõõtmelisi struktuure nagu valk ja DNA (desoksüribonukleiinhape).

DNA arvutamine hõlmab DNA, molekulaarbioloogia riistvara ja biokeemia kasutamist arvutusprotsesside läbiviimiseks traditsioonilise elektroonilise arvutamise asemel, mis kasutab ränikiipe. Informatsiooni DNA-s esitatakse neljamärgilise geneetilise tähestiku abil (A [adeniin], G [guaniin], C [tsütosiin] ja T [tümiin]), mitte kahendarvude (1 ja 0) asemel, mida arvutid.

Kui rakendada eraldi ja järjestikuste ülesannete jaoks, on DNA nanoarvuti tavapärasest parem elektrooniline arvuti, kuna see suudab mällu salvestada suurema hulga andmeid ja teha arvutis mitu toimingut üks kord. DNA nanoarvutid on tunduvalt kiiremad kui nende elektroonilised analoogarvutid.

DNA nanotöötlust kasutatakse meditsiinis kontrollida ravimite toimetamist vereringesse ja tuvastada antikehi inimese immuunsüsteemis.

Kvantarvutus

Nagu DNA nanotöötlus, kasutatakse arvutusprotsesside läbiviimiseks traditsiooniliste ränikiipide asemel kvantbitte või -kbiteid. Kvantbitt (qubit) on kvantinformatsiooni põhiühik. See on klassikalise biti kvantversioon, kuid see suudab salvestada suuremat teavet kui natuke.

Kvantarvutus on selline, kus arvutusprotsessid sõltuvad suuresti kvantteooria põhimõtetest, s.t energia käitumisest aatomi ja subatoomilisel tasandil. Kui arvutid kasutavad teabe kodeerimiseks 1-sid ja 0-sid, siis kvantarvutus kasutab kvartte, mis võivad eksisteerida korraga rohkem kui ühes olekus (1 ja 0).

Kvantarvutid on erakordselt kiiremad kui traditsiooniline arvuti. Kvantarvutusi saab kasutada masinõppe parandamiseks, narkootikumidele reageerimise simuleerimiseks, transpordilogistika ja finantsmudelite parandamiseks ning suure hulga andmete töötlemiseks suurel kiirusel.

Nanoarvutamine ja tulevik

Nanoarvutamine on nanotehnoloogia haru, mis hõlmab arvutisüsteemide ja struktuuride vähendamist mõne nanomeetrini. Ehkki võib kuluda paar aastakümmet, enne kui radikaalse nanotehnoloogia tehnoloogia saab kaubanduslikult saavutatavaks, muudab nanotöötlus arvuti tööde ja ülesehituse revolutsiooniliselt.

Mida tähendab hiljutine kiibipuudus targa kodutööstuse jaoks?

Uurime lähemalt, kuidas hiljutine puudus võib mõjutada kasvavat nutikodu tööstust.

Loe edasi

Autori kohta