07.09.2009 [12:00], Денис Борн
Дефицита в способах выполнения вычислений без стандартного компьютера на основе электронных компонентов нет. Существуют сложные механические системы, биокомпьютеры на основе ДНК, фотонные чипы. Даже в виде прототипов отдельные устройства уже функционируют. Однако самая последняя из необычных систем разработка не использует для осуществления расчетов ничего кроме воздуха. Сложная структура каналов и клапанов, реализованная Минсунгом Ри (Minsoung Rhee) и Марком Бёрнсом (Mark Burns) из Мичиганского университета (University of Michigan), Энн-Эрбор, производит вычисления путем выкачивания воздуха из трубок, что означает 0, и закачивания обратно – соответственно, 1. Последовательность из таких нулей и единиц проходит через каналы процессора, контролируемая пневматическими клапанами.
Каждый клапан приводится в действие изменением давления воздуха в небольшой камере под воздуховодом, отделенной от всей схемы гибкой непроницаемой мембраной. Когда нижняя камера заполнена воздухом, мембрана поднимается и закрывает клапан, предотвращая прохождение двоичного сигнала через одно из процессорных соединений. Вакуум в камере открывает клапан, давая сигналу зеленый свет. Двое исследователей использовали такую систему для создания разнообразных логических вентилей, триггеров и сдвиговых регистров, соединённых вместе в 8-битный процессор. Другими словами, максимальная длина отдельных порций данных, с которыми работает устройство, составляет восемь двоичных значений, аналогично процессорам, использовавшимся в 1980-х годах в консолях Nintendo. Благодаря светоотражающим свойствам мембран за работой пневматического процессора можно наблюдать невооружённым глазом.
Разработка далека от того, чтобы быть просто любопытным изобретением: она демонстрирует потенциал в сфере систем "лаборатория на чипе", применяемых в автоматических комплексах, служащих выполнению химических задач, а также выявлению заболеваний, ДНК-тестированию и других лабораторных функций. "Лаборатории на чипе" миниатюрного масштаба пока тяжело адаптировать для практического использования. Возможно потому, что им требуются не самые компактные и дешевые внешние компоненты, обеспечивающие их работоспособность. Логические схемы – это единственный путь перенести контрольные функции на само устройство и, к тому же, снизить стоимость. Но поскольку многие микрофлюидные системы не обладают электронными компонентами, применение стандартных электронных клапанов повлечет изменение процесса производства, говорит Бёрнс. "Многие микрофлюидные системы используют пневматические клапаны для контроля тока жидкости, поэтому добавление пневматических контрольных схем должно быть относительно простым и недорогим", - отмечает учёный. Хотя устройству всё же требуется внешний источник создания вакуума, объем его настолько компактен, что можно обойтись ручным насосом.
Эксперт по микрофлюидике из Имперского лондонского колледжа (Imperial College London), Великобритания, Эндрю де Мелло (Andrew de Mello) считает, что простой метод вычислений может быть полезен в микрофлюидных устройствах для развивающихся стран. Тем не менее, пневматический процессор вряд ли будет востребован за пределами прикладных задач лабораторного характера – "воздушные" и "вакуумные" сигналы слишком медлительны по сравнению с электронами в стандартных полупроводниковых схемах. Однако Бёрнс считает: "уменьшение размеров устройства будет означать более короткий путь для сигналов и приведет к увеличению "тактовой частоты" процессора".
Материалы по теме:
- Хит-парад наиболее значимых моделей процессоров в истории IT;
- AMD показала 48-ядерные компьютеры на базе Magny-Cours;
- Разработан механизм оптического транзистора.
ВКонтакте