Revija Joker - Nasledniki enic in ničel

ČLANKI
stranka » članki » vedež » Nasledniki enic in ničel

Digitalni temelji modernega sveta
Osnova današnjega računalništva je dvojiš­ki zapis, torej ponazoritev vsega z ničlami in enicami. To sta vrednosti, ki ju lahko zavzame osnovni gradnik digitalne informacije, bit. V procesorjih ju predstavljajo ravni električne na­petosti, s katerimi žonglirajo logična vrata, sestav­ljena iz polprevodniških stikal, tranzistorjev. Na tej os­novi delujejo računalniki od sredine prejš­nje­ga stoletja, ko so tranzistor izumili. Poglavitni način krepitve računalnikov je miniaturizacija, saj lahko sti­kala v manjši obliki preklapljajo hitreje in jih na isti čip spravijo več. Pred petnajstimi leti so pentiumi s 180 nanometrov velikimi elementi šibali s pol­drugim gigahercem, današnji s 14-nanometrskimi tranzistorji pri štirih in pol. Mi imamo zato v igrah več sličic na sekundo. To dinamiko opisuje Moorov zakon, ki pravi, da se gostota tranzistorjev v čipih podvoji na dve leti. 

Izvirno obliko Moorovega zakona, ki je tu predstav­ljena z logaritemskim grafom števila elementov čipa v odvisnosti od letnice, so do danes že nekajkrat posodobili. Ozri se na vedež v številki 264.

Toda pomanjševati se ne da v nedogled. Snov na­šega univerzuma sestavljajo atomi, ki jih s klasič­ni­mi postopki na neki stopnji ni mogoče več razdeliti. Ne moreš napraviti pretikal, manjših od molekul materiala, kar je nekje pri nanometru. Fizikalni zakoni kvantnega sveta nam zaenkrat onemogočajo, da bi na primer gradnike atoma, kot so elektroni, uporabljali za klasično digitalno preraču­na­vanje. Na­­čelo nedoločenosti pravi, da ne moremo isto­čas­no natančno poznati hitrosti in položaja tako majhnih delcev, s čimer omejuje naš nadzor nad njimi. Ko ne veš, kje tvoji biti so in kaj počno, ti ne koristijo več. Čeprav bi znali kot tranzistorje uporabiti posamezne atome, bi Moorov zakon lahko veljal najdlje do okrog leta 2030. 

Na levi je replika prvega tranzistorja, kot so ga zložili Bellovi inženirji in kasnejši nobelovci John Bardeen, William Shockley ter Walter Brattain. Zraven je le nekaj let mlajši, a že krepko manjši bratec.

V resnici se težave zaradi kvantnih muhavosti pojavijo veliko prej. Že danes se inženirji pri razdaljah nekaj ducatov nanometrov soočajo z uhajanjem elektronov iz vodnikov in motnjami. Posledica so tako imenovani parazitski tokovi, ki povzročajo toplotne izgube, in šum, ki množi računske napake. V praksi to vidimo v povečanem gretju čipov, ki je omejilo takte, saj se ti že nekaj let ne dvignejo nad pet gigahercev. Nekaj časa so Intel, AMD in druš­či­na probleme še obhajali z večjedrnostjo, izboljšavo računskih ukazov in drugimi rešitvami. Toda ko je lani Intel pojasnil, da je konec s strategijo tik-tak, ki je bila zadnje desetletje osnova njihovega razvoja pro­cesorjev, je dokončno postalo jasno, da se je napredek upočasnil. “Danes imamo razmerje podvojit­ve števila tranzistorjev na dve leti in pol,” pravi Intelov šefe Brian Krzanich.

Eno prvih računal, zuse Z3 iz štiridesetih let prej­šnjega stoletja, so tvorila električna stikala, ki so preklapljala do desetkrat na sekundo. Nacisti so jih uporabljali za analizo nihanja letalskih kril.

Nasledniki enic in ničel objavljeno: Joker 281
december 2016