211service.com
Picowatt procesorius
Netrukus į mūsų kūnus gali būti implantuojami jutikliai, kad būtų galima atlikti tokius veiksmus, kaip matuoti gliukozės kiekį kraujyje sergantiesiems diabetu arba tinklainės spaudimą glaukoma sergantiems pacientams. Tačiau, kad jie būtų praktiški, jie abu turės būti labai maži – maži kaip smėlio grūdeliai – ir naudoti ilgaamžes, panašiai mažo dydžio baterijas, kurių šiuo metu negalima įsigyti.
Didžiausia galia: Šis mažas procesorius, vadinamas Phoenix, sunaudoja 90 procentų mažiau energijos nei efektyviausias lustas šiandieninėje rinkoje. Tai galėtų įgalinti implantuojamus medicininius jutiklius, maitinamus mažomis baterijomis.
Dabar Mičigano universiteto mokslininkai sukūrė procesorių, kuris užima tik vieną milimetrą kvadrato ir kurio energijos suvartojimas yra toks mažas, kad atsirandančios tokio pat dydžio plonasluoksnės baterijos galėtų veikti 10 ar daugiau metų, sakoma pranešime. Davidas Blaauwas , Mičigano elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslų profesorius ir vienas iš pagrindinių projekto tyrėjų.
Tačiau kai šis procesorius, pramintas Phoenix, yra sujungtas su baterija, visas paketas būtų tik kubinio milimetro tūrio. Blaauw teigia, kad tokio masto lustą būtų įmanoma sukurti į storą kontaktinį lęšį ir naudoti jį akies spaudimui stebėti, o tai būtų naudinga nustatant glaukomą. Jis taip pat gali būti implantuojamas po oda, kad būtų galima pajusti gliukozės kiekį poodiniame skystyje. Kalbant plačiau, šis mažos galios požiūris į procesoriaus dizainą galėtų būti naudojamas aplinkos jutikliuose, kurie stebi taršą, arba, pavyzdžiui, struktūriniuose sveikatos jutikliuose.
Procesorius tuščiąja eiga sunaudoja tik apie 30 pikovatų (pikovatas yra viena milijoninė milijonoji vatų dalis). Kai yra aktyvus, procesorius sunaudoja tik 2,8 pidžaulio energijos per skaičiavimo ciklą. Toks kiekis sudaro maždaug dešimtadalį energijos, kurią sunaudoja efektyviausiai energiją vartojantys lustai rinkoje, teigia Janas Rabaey , Kalifornijos universiteto Berklio elektrotechnikos ir informatikos profesorius, kuris tyrime nedalyvavo.
Pagrindinė Mičigano komandos idėja buvo sukurti lustą, kuris veiktų esant itin žemai įtampai. Nors asmeninių kompiuterių mikroprocesoriams vienai operacijai gali prireikti dviejų voltų elektros energijos, „Phoenix“ reikia tik 500 milivoltų arba 75 procentais mažiau.
Esant tokiai įtampai, kai kurios lusto dalys neveikia gerai, aiškina Blaauw, todėl jo komanda perkūrė lusto atmintį, kuri yra mažesnė už daugumos procesoriaus atmintį, ir jos vidinį laikrodį, kad galėtų veikti su minimaliu elektros įėjimu. Lusto laikrodis – laikrodis, sinchronizuojantis skaičių fiksavimo operacijas – sumažintas iki itin lėto 100 kilohercų greičio, priešingai nei asmeninių kompiuterių gigahercų dažnis. Šis metodas yra prasmingas jutikliams, sako Blaauw. Jei norime stebėti akispūdį... mums tereikia matuoti kas kelias minutes, sako jis.
Be to, mokslininkai daug dėmesio skyrė energijos nuostoliams, kurie atsiranda, kai lustas veikia miego režimu arba nerenka arba neapdoroja duomenų. Tranzistoriai naujausiuose kompiuteriuose gaminami naudojant 45 nanometrų procesą, kai lusto funkcijos yra 45 nanometrų dydžio. Nors tai leidžia naudoti daugiau tranzistorių mažesnėje mikroschemoje, dėl tokio masto medžiagų fizikos taip pat atsiranda elektros nuotėkis. Blaauw ir jo komanda pasirinko didesnius tranzistorius, pagamintus naudojant 180 nanometrų procesą iš ankstesnės kartos lustų. Šie tranzistoriai yra mieloje vietoje, sako Blaauw. Jie yra pakankamai dideli, kad būtų minimalus nuotėkis, tačiau pakankamai maži, kad mokslininkai galėtų sutalpinti didelį skaičių vieno milimetro kvadratinio lusto.
Siekdami dar labiau sumažinti nuotėkį, mokslininkai pridėjo specialių tranzistorių, kurie visiškai išjungia maitinimą apdorojimo tranzistoriams, kai lustas veikia budėjimo režimu. Tai yra įprastas metodas, sako Blaauw, tačiau jo komanda ėmėsi kraštutinumų ir skyrė daug daugiau lusto nei įprasta šiems maitinimo blokavimo tranzistoriams. Jei įprastas [lusto] dizaineris pažiūrėtų į tai, jis pasakytų: „Jūs iškraipote proto“, – sako Blaauw. Tačiau tai suteikia mums reikalingą energijos taupymo kompromisą. Apibendrinant, mokslininkai sujungė keletą jau esamų gudrybių ir juos patobulino, kad pasiektų rekordiškai mažą energijos suvartojimą.
Mičigano komanda, kuriai taip pat vadovauja Denisas Sylvesteris , elektros inžinerijos ir kompiuterių mokslų profesorius, vis tiek turi pridėti bateriją prie „Phoenix“ ir jis turi sukurti būdą, kaip duomenis iš lusto būtų galima iškrauti tolesnei analizei. Kai tai bus padaryta, mokslininkai gali dirbti siekdami visiškos integracijos į biologinę sistemą, o tai gali užtrukti metų metus.
Berkeley's Rabaey, rašantis knygą apie mažos galios procesorius, sako, kad darbas yra reikšmingas. Mane sužavėjo tai, kad jie pasiekė gana ekstremalių skaičių, sako jis. Energijos sąnaudos itin mažos. Niekas kitas net nepriartėjo prie to. Rabaey pažymi, kad šis procesorius yra skirtas specialioms jutiklių programoms ir kad jis greitai nebus rodomas mobiliajame telefone. Tačiau tai svarbus žingsnis kuriant implantuojamus medicininius jutiklius, kurių baterijos gali tarnauti daugelį metų.
Rabaey teigimu, šios žemos įtampos lusto idėja nėra nauja: laikrodžių pramonėje jis sėkmingai naudojamas dešimtmečius. Tačiau per pastaruosius kelerius metus akademinis ir pramonės susidomėjimas tokiu dizainu suklestėjo, nes inžinieriai tiria įvairesnius ir visur naudojamus jutiklius, įrenginius, kuriems reikia energijos taupymo gudrybių, kad jie būtų praktiški.