Стэнфорд и очередное новшество
Человек на 80% состоит из жидкости. Вопрос: сколько можно сделать компьютеров из человека? На первый взгляд ответит очевиден — нисколько. Но Вы еще не слышали про очередное новшество от ученых Стэнфордского университета.
Умы Стэнфорда потратили более десяти лет на разработку и создание первой действующей модели компьютера, основанного на физическом перемещении капель воды «капля на чипе». Это настоящий прорыв в физике вычислений в основе которого лежит базовое обозначение компьютера: программируемое устройство, способное выполнять логические (математические) операции. Объединив передовые теории в гидродинамике и устаревшие теории в вычислительных технологиях, команда Ману Прокаша создала компьютер, вычислительные возможности которого полностью основаны на физике воды.
Компьютер, базирующийся на физике перемещения капель жидкости, работает в разы медленнее чем компьютер, основанный на движении электронов. Правда в данном случае это не имеет особого значения. Никто и не ожидал, что новый ЦП на основе жидкости будет сверх-быстрым. Но ведущий исследователь Ману Пракаш и его аспиранты надеются, что использование вычислительных принципов в манипуляциях с жидкостью произведет вычислительную революцию и в других областях науки.
Изначально главной целью Пракаша (доцента в биоинженерии) было создание платформы для надежного супер-быстрого химического анализа. Метод, который подробнее будет описан далее, потенциально позволяет направить миллионы капель жидкости по контуру микросхемы, где каждая из капель может содержать различные химические вещества для тестирования. Хорошо спроектированная микросхема сокращает месяцы химических экспериментов в пробирках до одной минуты на самой микросхеме. Как только был спроектирован и создан данный чип, на него были загружены образцы капель.
В основе работы системы лежит принцип зеркального отражения прикладного магнитного поля. Пракаш называет свое изобретение «магнитные часы». Это набор из четырех обручей, создающих магнитное поле вокруг самой микросхемы. В чип, размером в половину почтовой марки, встроены крошечные металические прутья, которые легко намагничиваются. Прутья образуют запутанные дорожки, схожие с игровым лабиринтом «Pac-Man». Поверхность покрыта тонким слоем масла, что обеспечивает свободное передвижения капель жидкости. Стеклянный чип с готовым лабиринтом и покрытый маслом накрывается вторым стеклышком толщиной 0.2 мм.
Жидкость содержит магнитные нано-частицы, чувствительные к прикладному магнитному полю. (Капли экспериментальной жидкости можно помещать лишь в собранную и готовую к использованию микросхему.) Только после того как микросхема полностью собранна и готова к использованию в нее могут быть помещены капли экспериментальной жидкости. Такая последовательность позволяет четко контролировать их размер от 10 мкм до 1 мм.
Изменяя полярность каналов команда ученых может выбирать, каким путем лабиринт будет пройден. В «магнитных часах» напряжение последовательно подается на обручи, создавая магнитное поле. Подача напряжения на один из обручей занимает доли секунды и называется тактом. В это время капли делают ровно один шаг. Над устройством установлена чувствительная камера, воспринимающая экспериментальное вещество как единицу, а ее отсутствия — как ноль. Таким образом была реализована классическая бинарная структура команд.
Исследователи утверждают, что они могут контролировать миллионы капель одновременно с масштабной моделью технологии. В классическом компьютере бити управляются тактовым циклом, но здесь они основаны на физике жидкости. Даже тысяча различных капель взаимодействует по тому же принципу, синхронно работая для достижение вычислительных целей.
Некоторые из самых ранних электронно-вычислительных машин (ЭВМ), такие как UNIVAC I, имели память на основе ртути. Именно поэтому идея представления вычислительных мощностей на основе жидкой материей не новая.
Новым является использования физической структуры чипа для придания жидкому веществу целенаправленного и программируемого движения. Лучший из сценариев развития технологии — сдвиг парадигмы в подходе к экспериментальной химии, что приведет к повышению показателей ЭВМ.
Также — это большой толчок в сторону медицины нового поколения «орган на чипе». Данное достижение позволит изучить воздействие лекарств на отдельные органы в теле человека. Это возможность быстрой и систематической проверки влияния тысяч веществ. (Укажи, на что они влияют?) Что в перспективе приведет к следующей точке, называемой «человек на чипе», когда одна вычислительная машина сможет заменить живой организм.
Я думаю, Вы уже встречали новость про «зеленую» микросхему, в которой кремний заменен на покрытую эпоксидной смолой бумагу из целлюлозного ненофибрила (ЦНФ). Сочетания этих идей приблизит ученых к созданию зеленого компьютера. Отсутствие электронов и наличие масла, которое можно заменить на 3М Novec, позволит существенно уменьшить затраты на охлаждение, снизив их практически до нуля.
Сейчас технология «Капля на чипе» уступает по своей производительности любому ЦПУ сматрфона. Давайте вспомним Intel 4004, чип который был громоздким и жутко медленным по современным меркам. Но для 1971-го года это был настоящий прорыв, который эволюционировал в нечто прекрасное. Так и «Капля на чипе» не является очередным совершенствованием. Это новая технология, эра, которая затронет не только компьютерный мир, но и все прикладные науки.
