После электроники
Прошлый век можно с уверенностью назвать веком электроники. Умение человека использовать элементарную частицу для своих нужд оказало огромное влияние на все происходящее вокруг нас. Но у всего на свете есть предел, и, как это ни странно, именно свойства электрона становятся тем самым бутылочным горлышком, ограничивающим развитие компьютеров. Например, я на своем опыте убедился, что с комфортом монтировать видео в 4K-разрешении пока не на чем. Как же кардинально увеличить производительность?
Рождение электроники напрямую связано с изобретением радио. Для преобразования электрических сигналов в звук потребовалось создать элементную базу. Первые такие приборы основывались на электронных лампах. Но нас в большей степени интересуют транзисторы, так как именно с их появлением в 1947 году началось бурное развитие отрасли, положившей начало компьютерам. Трудно представить, но даже выпущенный в 2008-м простенький одноядерный процессор Intel Atom N270 содержал 47 млн транзисторов!
В 1988 году немецкий физик Питер Грюнберг (Peter Andreas Grunberg) и его французский коллега Альбер Ферт (Albert Fert) независимо друг от друга открыли эффект гигантского магнетосопротивления, за что и удостоились Нобелевской премии по физике.
Питер Грюнберг
Ученые заметили, что электрон направляется туда, куда направлен его спин, или ось вращения. В свою очередь на спин можно воздействовать при помощи магнитного поля.
Но управлять электроном таким способом можно лишь при перемещении первого по сверхтонкому полупроводнику – в противном случае магнитное поле не оказывает влияния на спин и электрон постоянно меняет направление оси, а значит, и движения.
Альбер Ферт
С разработкой всех основополагающих компонентов родилась наука спинтроника. Приборы, в которых возможно применение спинового тока, будут значительно компактнее предшественников благодаря использованию наноструктур вместо крупных полупроводников. Но спинтроника решает только часть вопросов, ускорить электрон она не поможет.Идея о необходимости открытия более совершенной элементарной частицы звучит давно. А сама история фотоники ведет свое начало с 1960 года, даты изобретения лазера. Но наиболее активно наука стала развиваться уже в нашем веке. Фотон удивителен: он проявляет одновременно свойства частицы и волны. Устройства, использующие фотоны, способны передавать данные практически без потерь на тепловыделение. Кроме того, в случае с фотонами достаточно просто распараллеливать вычисления посредством использования разных длин световых волн: поскольку они не смешиваются между собой и в пучке представляют множество разных каналов, открывается возможность одновременно запускать в работу несколько вычислительных процессов, за каждый из которых отвечает конкретная световая волна.
Здесь стоит вспомнить о таком замечательном ученом, как Джон фон Нейман (Johann von Neumann). В 1940-х годах, работая над первым в мире ламповым компьютером, он описал принцип совместного хранения команд и данных в памяти электронного вычислительного устройства. Именно на архитектуре фон Неймана построены все классические компьютеры, но ее нельзя использовать в фотонных системах: вычисления в фотонике не могут производиться при помощи двоичного кода – требуются своя архитектура и кодировка. Кроме того, фотон намного больше электрона. Поэтому разработчики пытаются каким-то образом скрестить возможности супербыстрого фотона с понятным и привычным электроном.
Выводы
Опубликовано 26.05.2015
