Το μέλλον των μικροεπεξεργαστών

Ήδη οι μικροεπεξεργαστές Pentium II της Intel έχουν φτάσει σε ταχύτητες λειτουργίας των 400 MHz που πολύ σύντομα αναμένεται να ξεπεραστούν. Η ίδια η Intel ανακοίνωσε την επίτευξη αποθήκευσης δυο bit πληροφορίας , στους μικροεπεξεργαστές της , στη θέση που μέχρι τώρα μπορούσε ν' αποθηκεύσει μόνο ένα bit με αποτέλεσμα ακόμα μεγαλύτερες ταχύτητες επεξεργασίας για το άμεσο μέλλον . Παράλληλα, νέες τεχνολογίες αναπτύσσονται από τα κέντρα έρευνας και εξέλιξης πανεπιστημίων και εταιριών του κόσμου που υπόσχονται όλο και μικρότερους και ταχύτερους Η/Υ.

Μια τέτοια τεχνολογία αναπτύσσεται στα εργαστήρια του Cambridge [1], όπου ερευνητικοί επιστήμονες αναπτύσσουν τους μικρότερους και ταχύτερους Η/Υ των οποίων η δομική μονάδα είναι το ηλεκτρόνιο, η μικρότερη δυνατή μονάδα φορτίου. Μέχρι σήμερα, τα τρανζίστορς λειτουργούσαν χρησιμοποιώντας χιλιάδες ηλεκτρόνια. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την παραγωγή θερμότητας αλλά και προβάλει περιορισμούς στη συνεχιζόμενη προσπάθεια για τη συρρίκνωση του μεγέθους (μικροποίηση) και την αύξηση της χωροταξικής συμπύκνωσης των τρανζίστορ των chip. Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα φτάνουν σήμερα στο όριο της μικροποίησής τους λόγω «κβαντικών φαινομένων» σύμφωνα με τα οποία η ταχύτητα μεταγωγής των τρανζίστορ των Η/Υ πλησιάζει προς την ταχύτητα αλληλεπικοινωνίας τους [3] (δηλ. την ταχύτητα μετάδοσης ηλεκτρικού σήματος από το ένα τρανζίστορ στο αμέσως παρακείμενό του) η οποία μεταβάλλεται πλέον ελάχιστα με την παραπέρα μικροποίηση τους. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως «κβαντική σήραγγα» ("quantum tunnelling") [1] καθιστά αδύνατο για ένα τρανζίστορ να κατασκευαστεί κάτω από ένα συγκεκριμένο μέγεθος και να συνεχίσει να λειτουργεί σε θερμοκρασία δωματίου.

Αλλά η πρωτοποριακή δουλειά του καθηγητή Haroon Ahmed, του κέντρου μικροηλεκτρονικής του πανεπιστημίου του Cambridge, μαζί με το Hitachi Cambridge Laboratory, στοχεύουν να χρησιμοποιήσουν τα κβαντικά φαινόμενα προς όφελός τους. Οι νέοι αυτοί επεξεργαστές θα ψήχονται από υγρό ήλιο και θα λειτουργούν σε θερμοκρασίες -269 βαθμούς Κελσίου, δηλ. μόλις 4 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Σ' αυτή τη θερμοκρασία, ένα απλό ηλεκτρόνιο μπορεί να «παγιδευτεί» από ένα «νησί » ατόμων αποθηκεύοντας ένα bit πληροφορίας. Αφού επιτευχθεί κάτι τέτοιο, οι επιστήμονες θ' αρχίσουν να πειραματίζονται με «θερμότερες» εκδόσεις που θα λειτουργούν στους -196 βαθμούς Κελσίου. Το σύστημα τότε θα μπορεί να ψήχεται από το πολύ φθηνότερο υγρό άζωτο.

Η νέα αυτή τεχνολογία ανοίγει την εποχή των terabit για τους μικροεπεξεργαστές και τις μνήμες των Η/Υ. Το έργο, το οποίο χρηματοδοτείται για την Ευρώπη από το ESPRIT, αναμένεται να έχει έτοιμη μια πρώτη έκδοση το 2001.

Παράλληλα, μεγάλες πρόοδοι έχουν επιτευχθεί στον τομέα των Οπτικών Υπολογιστών (Ο/Υ) [3]. Οι Ο/Υ χρησιμοποιούν ως μέσο διακίνησης της πληροφορίας τα φωτόνια, τα οποία σε αντίθεση με τα ηλεκτρόνια των Η/Υ, είναι εξαιρετικά ταχυκίνητα και αναίσθητα σε μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Αυτό διότι τα φωτόνια, αντίθετα προς τα ηλεκτρόνια, δεν έχουν ούτε μάζα ούτε ηλεκτρικό φορτίο αλλά είναι απλά «πακέτα » (κβάντα) ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας. Επιπλέον, η μετακίνηση των ηλεκτρονίων απαιτεί ενέργεια που είναι τόσο μεγαλύτερη όσο η απόσταση που διανύεται απ' αυτά, ενώ η προσφορά ενέργειας που απαιτείται για τη μετακίνηση των φωτονίων δεν είναι άλλη από την εγγενή τους ενέργεια που τους παρέχεται από την πηγή εκπομπής τους και έτσι χάρις στην μηδενική τους αδράνεια μπορούν να διανύσουν ολόκληρο το σύμπαν με την τεράστια ταχύτητα του φωτός (300.000 Km/sec). To γεγονός ότι δεν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους εξαφανίζει τα «κβαντικά φαινόμενα» που χαρακτηρίζουν τα ηλεκτρόνια και έχει σαν αποτέλεσμα τη δυνατότητα μικροποίησης οπτικών τρανζίστορ οσοδήποτε κοντά μεταξύ τους.

Ο συνδυασμός των παραπάνω δυνατοτήτων με τη χρήση των οπτικών δίσκων (CD-ROM) και την κατασκευή οπτικών μνημών [2,4] (κάνοντας χρήση του λεγόμενου αυτο-ηλεκτροοπτικού φαινομένου - Self-Electrooptic Effect Devices ή SEED [3]) για την αποθήκευση και ανάκτηση των δεδομένων, τη χρήση οπτικών ινών [2] για τη μεταβίβαση της πληροφορίας μεταξύ των διαφόρων τμημάτων των υπολογιστών, τη χρήση οπτικών πυλών και οπτικών τρανζίστορ για την τέλεση των λογικών πράξεων, τη χρήση διόδων LASER (φωτοφωρατών) για την παραγωγή (ανίχνευση) της πληροφορίας [2], αποτελούν απλώς ζήτημα χρόνου μέχρις ότου ξεπεραστούν τα προβλήματα της αυξημένης πολυπλοκότητας και αστάθειας που χαρακτηρίζουν τους τωρινούς εργαστηριακούς Ο/Υ για να φέρουν τον Ο/Υ σε καθημερινή χρήση. Οι Ο/Υ έχουν φτάσει (σε εργαστηριακό πάντα επίπεδο) σε ταχύτητες λειτουργίας του 1 GHz, ενώ με την οπτική μονάδα Κ.Μ.Ε. με την ονομασία "Optical Cellular Logic Image Processor" (O-CLIP), που κατασκευάστηκε το Πανεπιστήμιο HERRIOT-WATTτου Εδιμβούργου [3], επιτεύχθηκε κέρδος ταχύτητας επεξεργασίας έως αρκετές χιλιάδες φορές περισσότερο σε σχέση με την αντίστοιχη ηλεκτρονική λογική των Η/Υ.
 
 
 

Βιβλιογραφία