r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Pięć wymiarów elektronicznej krwi. IBM na drodze do syntetycznych supermózgów

Strona główna AktualnościSPRZĘT

Gęstość upakowania współczesnych komputerów (nie samych czipów, lecz komputerów) niewiele się zmieniła w ciągu ostatnich lat. Zdecydowana większość miejsca w obudowach pozostaje pusta – i trudno, by było inaczej. Nawet ostatnie osiągnięcia w dziedzinie budowy trójwymiarowych układów półprzewodnikowych niewiele tu zmieniają, czipy potrzebują miejsca, by odprowadzić ciepło, potrzebują też odpowiedniej, zajmującej sporo miejsca struktury zasilania, by dostarczyć do nich wystarczającą ilość energii. To inżynieryjne wyzwanie może znaleźć w przyszłości rozwiązanie dzięki pracom naukowców ze szwajcarskich laboratoriów IBM, którzy inspirując się naturą chcą komputery przyszłości zanurzyć w elektronicznym odpowiedniku krwi.

Problem jest nietrywialny. Ten niezbyt ściśle zdefiniowany parametr TDP (rozumiany jako maksymalna ilość ciepła niezbędnego do rozproszenia przez układ chłodzenia) przez ostatnie kilkanaście lat praktycznie się nie zmienia w najbardziej wydajnych czipach. Ich wydajność oczywiście rośnie za sprawą miniaturyzacji i optymalizacji architektur, ale poziom 250 W (dla GPU) i 130 W (dla CPU) pozostaje krańcowy. Zestawienie większej liczby czipów w jednym systemie wymaga wielu sztuczek z chłodzeniem, które też przecież zajmuje sporo miejsca. Jeśli zaś chodzi o zasilanie, to w każdej kolejnej generacji gniazdek coraz więcej pinów przeznaczonych jest na zasilanie coraz większej liczby tranzystorów w procesorze. Efektywne doprowadzenie zasilania do czipów w trójwymiarowej strukturze graniczy z niemożliwością – i dlatego te wszystkie inicjatywy „3D” w technice półprzewodnikowej dotyczą przede wszystkim modułów pamięci, czy to operacyjnej czy masowej.

Zanim przejdziemy dalej, zastanówmy się, czym jest i czemu służy krew. Ta płynna tkanka ewoluowała w stronę skracania odległości dyfuzji i ułatwienia przez to wymiany materii, umożliwiając powstawanie coraz bardziej złożonych organizmów, w których część komórek mogła już w ogóle nie mieć kontaktu z otoczeniem. Podstawowym zadaniem krwi jest więc zasilanie (transport tlenu oraz składników pokarmowych) oraz odprowadzanie produktów przemiany materii, ale też komunikacja (przez transport hormonów) oraz utrzymanie homeostazy, w tym regulacja temperatury ciała.

r   e   k   l   a   m   a

A gdyby elektroniczne czipy były zasilane i chłodzone przez tę samą substancję, będącą w stanie dotrzeć do najmniejszych ich elementów? Właśnie to założenie stanęło u podstaw programu badawczego IBM, którego celem jest stworzenie architektury komputerowej skalującej się w pięciu wymiarach (5D). Czemu w pięciu? Chodzi o trójwymiarowe, pionowo zestawiane warstwy układów półprzewodnikowych, dla których czwartym wymiarem jest zasilanie, a piątym chłodzenie.

Ten krok w stronę elektronicznych odpowiedników struktur biologicznych wyłania się jednak z bardziej tradycyjnych rozwiazań. IBM już kilka lat temu opracował metody tworzenia mikrokanalików w krzemowym waflu, przez które pompować można mikrociecze chłodzące. Następnym krokiem było opracowanie takiego chłodziwa, które byłoby zarazem elektrolitem. Już w 2011 roku udało się osiągnąć dla takiej „elektronicznej krwi” efektywność cyklu ładowania-rozładowania na poziomie 80%, przy napięciu 1 V.

Co można osiągnąc na dzisiaj, pokazali reporterzy Ars Techniki w osadzonym powyżej wideo. Udało się dostarczyć przez elektroniczną krew około 10 mW do czipu. Fakt, to zbyt mało, by w ogóle przejmować się koniecznością odprowadzania ciepła, ale widać, że ramy teoretyczne już opracowano, pozostaje tylko inżynieryjna optymalizacja.

Nad tym właśnie pracują z IBM największe europejskie instytuty badawcze. Koncepcja elektronicznej krwi stała się inspiracją dla projektów CarrICool, oraz HyperConnect, realizowanych w ramach siódmego programu ramowego w zakresie badań Unii Europejskiej. Zainteresowani tą tematyką mogą śledzić też publikacje Bruno Michaela z laboratoriów IBM, który zajmuje się przede wszystkim wykorzystaniem mikrocieczy w zasilaniu i chłodzeniu układów SoC.

Dla firmy przodującej dziś w badaniach nad neuroczipami opracowanie elektronicznej krwi jest szansą na dostarczenie w przyszłości urządzenia rozmiarów pudełka butów, które pozwoli symulować w czasie rzeczywistym aktywność biologicznych mózgów. Póki co zadanie to dramatycznie obnaża nieefektywność tradycyjnych komputerów. Dwa lata temu japońskim i niemieckim badaczom symulowanie działania fragmentu mózgu zajęło 40 minut pracy superkomputera Fujitsu K, wykorzystującego 80 tysięcy węzłów i zużywającego 12,6 MW mocy. Upakowanie neuroczipów zanurzonych w chłodzącej i zasilającej je „krwi” może być wielkim krokiem na drodze do budowy syntetycznych mózgów, oczywiście prosto z laboratoriów w Zurichu.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.