Nanočipovanie: Môžu byť počítače skutočne mikroskopické?

S vylepšovaním technológie sa zvyšuje aj snaha o čo najmenšie zariadenie. Vidíme to všade okolo nás; od vývoja superpočítačov k mikropočítačom sa vo svete išlo o čo najväčšie obmedzenie.

Čo je nanopočítač?

Ako už z názvu vyplýva, nanočipovanie sa týka výpočtových procesov a zariadení, ktoré sú skutočne malé. Je to termín používaný na opis manipulácie, spracovania a znázornenia údajov počítačmi menšími ako mikrometer. Nanopočítačové zariadenia sú vyrobené z polovodičových tranzistorov dlhých 100 nanometrov.

Poďme si to rozobrať. Nanočipovanie možno rozdeliť na dve slová: „nano“ a „výpočtová technika“. Výpočtová technika je použitie počítača (hardvéru alebo softvéru) na spracovanie údajov a vykonávanie algoritmických procesov. Nano je od slova nanometer. Rovnako ako centimeter a meter, aj nanometer predstavuje jednotku dĺžky a predstavuje miliardtinu metra.

Aký malý je nanometr?

Povedať, že nanometer je miliardtina metra, by pre vás mohlo byť veľmi abstraktné. Takže sme sa rozhodli spojiť to s každodenným svetom.

• Prameň ľudskej DNA má priemer 2,5 nanometra
• List papiera je hrubý asi 100 000 nanometrov
• V jednom palci je 25 400 000 nanometrov
• Jeden nanometer je približne taký dlhý, ako vám nechty dorastú za jednu sekundu
• Jediný atóm zlata má priemer asi tretinu nanometra
• V komparatívnej mierke, ak by priemer mramoru bol jeden nanometer, potom by priemer Zeme bol asi jeden meter
• Ľudský vlas má priemer asi 75 mikrónov (skrátene 75 μm) alebo 75 000 nm (nanometrov)

Nanotechnológie a nanopočítače

Nanotechnológia je použitie extrémne malých vecí, ako sú atómy a molekuly, na výrobu systémov, štruktúr a zariadení. Zahŕňa štúdium (vedy a techniky) hmoty s rozmermi od jedného do sto nanometrov.

Nanopočítač je počítač so skutočne malými obvodmi, ktorý je viditeľný iba pomocou mikroskopu. Naše súčasné pomôcky sú vyrobené z polovodičov s dĺžkou do sto nanometrov. Nanopočítače fungujú tak, že ukladajú údaje do kvantových bodov alebo otočení.

Z čoho je nanopočítač?

Rovnako ako väčšina počítačov, aj nanopočítače sú vyrobené z počítačových čipov. Rozdiel je iba v tom, že sú podstatne menšie ako mikročipy, ktoré poznáte. Počítačové čipy sú vyrobené z polovodiča nazývaného kremík.

S pribúdajúcimi rokmi a snahou o vytvorenie ešte menších zariadení sa čoraz viac tranzistorov napcháva do kremíka. Moderné procesory obsahujú miliardy tranzistorov prepojených jemnými medenými drôtmi. Každý tranzistor slúži ako vypínač, ktorý odosiela, prijíma a spracováva informácie a riadi prúd čipom.

Súvisiace: Čo je CPU a čo robí?

Výhody nanopočítača

Nanopočítač znamená výpočtové procesy vykonávané zariadeniami so zmenšenou veľkosťou o desať alebo sto jednotiek, kým nie sú menšie ako sto nanometrov. Toto zmenšovanie zvyšuje exponenciálne až desaťtisíckrát exponenciálne funkčnosť obvodu.

Znamená to tiež, že výpočtový výkon zariadenia sa zvyšuje miliónkrát. To vedie k zníženiu spotreby energie a dlhšej výdrži batérie. Bolo by tiež zbytočné vyrábať menšie skrinky a ventilátory na chladenie okruhov.

Nanopočítače sú tiež výrazne rýchlejšie ako iné mikropočítače a sú schopné vykonávať výpočty, ktoré by iné počítače neboli schopné vykonať. Ich zmenšená veľkosť je tiež ďalšou výhodou, pretože sú menšie, ľahšie a ľahko prenosné. Sú tiež imúnne voči hluku a iným poruchám.

Nevýhody nanopočítača

Aj keď má nanopočítač veľa výhod, má aj svoje nevýhody. Výroba zariadení, ktoré fungujú na základe nanotechnológie, je veľmi nákladná a zložitá. Zmenšenie veľkosti prístroja na mikroskopickú veľkosť si vyžaduje úroveň technickej a odbornej spôsobilosti, ktorú je možné dosiahnuť iba pri veľkom množstve finančných prostriedkov.

Nanočipovanie tiež predstavuje hrozbu pre súčasnú ekonomiku. Nástup nanotechnológie, podobne ako mnoho ďalších nových technológií, spôsobuje podstatnú zmenu v mnohých hospodárskych oblastiach. Nanopočítače by boli spočiatku drahý luxus a nedostupné, ale časom by sa stali populárnejšími a bežnejšími. To by malo výrazný dopad na trh, pretože technológie a spoločnosti, ktoré sa neprispôsobia alebo nezlepšia, by ukončili činnosť. A to by mohlo viesť k strate pracovných miest.

Mikroskopická povaha nanopočítača by bola tiež nevýhodou, pretože sú prakticky nezistiteľné. Z nanopočítačov môžu byť vyrobené aj mikroskopické záznamové zariadenia, ktoré bez akejkoľvek detekcie tajne zaznamenávajú a narúšajú súkromie ľudí.

Aplikácie nanopočítača

Vďaka výhodám nanopočítača je použitie užitočné v rôznych oblastiach a procesoch. Rýchlejšie výpočtové procesy poskytujú zvýšenú úroveň presnosti pri vývoji strojového učenia a umelej inteligencie, predpovedania poveternostných vzorcov a rozpoznávania zložitých obrazcov na obrázkoch.

Dve hlavné aplikácie nanopočítača, ktoré v tejto chvíli máme, sú nanopočítače DNA a kvantové výpočty.

DNA nanočipovanie

Nanopočítač spočíva v použití štruktúr v nanometroch na výrobu výpočtových procesov. Na výrobu nanopočítačov sa môžu použiť štruktúry v nanometri, ako napríklad proteín a DNA (kyselina deoxyribonukleová).

Výpočty DNA zahŕňajú použitie DNA, hardvéru molekulárnej biológie a biochémie na vykonávanie výpočtových procesov namiesto tradičného elektronického výpočtu, pri ktorom sa využívajú kremíkové čipy. Informácie v DNA sú znázornené pomocou štvormiestnej genetickej abecedy (A [adenín], G [guanín], C [cytozín] a T [tymín]), namiesto binárnych čísel (1 a 0) používaných tradičnými elektronickými počítačov.

Ak sa nanokomputer DNA použije na samostatné a nesekvenčné úlohy, je lepší ako tradičný elektronický počítač, pretože dokáže uložiť väčšie množstvo údajov do pamäte a vykonávať viac operácií pri raz. DNA nanopočítače sú podstatne rýchlejšie ako ich elektronické náprotivky.

Nanopočítač DNA sa využíva v medicíne na kontrolu dodania liečiva do krvi a na detekciu protilátok v imunitnom systéme človeka.

Kvantové výpočty

Rovnako ako pri nanočipovaní DNA, namiesto výpočtov sa používajú tradičné kremíkové čipy, používajú sa kvantové bity alebo qubity. Kvantový bit (qubit) je základnou jednotkou kvantovej informácie. Je to kvantová verzia klasického bitu, ale dokáže uložiť viac informácií ako bit.

Kvantové výpočty sú procesy, pri ktorých výpočtové procesy závisia vo veľkej miere od princípov kvantovej teórie, t. J. Od chovania energie na atómovej a subatomárnej úrovni. Zatiaľ čo počítače používajú na kódovanie informácií 1 s a 0 s, kvantové výpočty využívajú qubity, ktoré môžu existovať vo viac ako jednom stave (ako 1 a ako 0) súčasne.

Kvantové počítače sú výnimočne rýchlejšie ako tradičný počítač. Kvantové výpočty možno použiť na zlepšenie strojového učenia, simuláciu reakcie na lieky, zlepšenie logistiky prepravy a finančných modelov a na spracovanie veľkého množstva údajov pri vysokých rýchlostiach.

Nanočipovanie a budúcnosť

Nanopočítač je odvetvie nanotechnológií, ktoré zahŕňa zmenšenie výpočtových systémov a štruktúr na niekoľko nanometrov. Aj keď môže trvať niekoľko desaťročí, kým sa komerčne dosiahnuteľná radikálna technológia nanopočítača stane, nanopočítač spôsobí revolúciu v spôsobe a stavbe počítačov.

Čo znamená nedávny nedostatok čipov pre priemysel inteligentných domov?

Pozeráme sa bližšie na to, ako môže nedávny nedostatok ovplyvniť rastúci priemysel inteligentných domácností.

Prečítajte si Ďalej

O autorovi