Budúcnosť procesorov

V dnešnej dobe, kedy nám klasické procesory pomaly prestávajú stačiť, vyvstáva otázka, kam sa posunieme ďalej a aká je možná budúcnosť procesorov? Dnes sa teda pokúsim o súhrn možných budúcich technológií, ktorými by sme sa mohli vydať. S najväčšou pravdepodobnosťou na nejakú zabudnem alebo o ňom neviem a alebo sa nakoniec vydáme úplne inou cestou, ktorá dnes ešte nie je známa, každopádne budem veľmi rád za vaše názory a pripomienky v komentároch.

Čo sa týka materiálov, budem čerpať z českých článkov na portáli VTM, ktorý sa touto problematikou docela zaoberá a navyše na konci ich článkov občas nájdete odkazy aj na originálne výskumy a štúdie, takže ak vás niečo zaujme, tak odporúčam prečítať. Môj prínos teda tkvie čisto v tom, že to tu pre vás celé zhrniem a skúsim na to podať svoj osobný názor.

Kvantovej procesory

Tak kde začať ... Najlepšie je asi od začiatku, ale tu je trochu problém, pretože rôzne výskumy prebiehajú paralelne a rovnako tak ich výsledky nie sú zverejňované úplne v porovnateľnom čase, takže to skúsim skôr vziať podľa kategórií. Prvou takouto často diskutovanou kategóriou sú kvantové procesory. Veľa zjednodušene môžete povedať, že sú to procesory pracujúce miesto klasický bitov s tzv. Qubit. Už je to nejaký piatok (11. mája 2011), čo firma D-Wave vydala prvý komerčný kvantový počítač D-Wave One, ktorý obsahuje 128qubitový procesor, v cene 10 miliónov dolárov. Tento počítač však obsahoval iba jedinú matematickú operáciu z oblasti diskrétne optimalizácie a bol použitý naozaj skôr na vedecké účely, napríklad spoločnosťou Google. Po jeho uvedení všetky hlavne zaujímalo, ako si povedie v porovnaní s klasickými procesormi. Na výsledok si urobte názor sami.

Po týchto udalostiach sa výskumu kvatových procesorov chopila firma IBM, ktorá v tejto oblasti urobila veľké pokroky. Nedávno sa potom téma kvantových procesorov vrátilo na stôl, keď "vedci z univerzity z Yale predstavili prvý "solid-state" kvantový procesor":http://goo.gl/LdCPho. Tento čip je však len začiatok, pretože vie počítať len niektoré jednoduché algoritmy. Do budúcnosti nás tak čaká ešte veľa úloh. Ich príkladom sú potrebné miniaturizácia alebo problém s chladením, pretože dnešné, výpočtovo výkonnejšie, kvantové počítače sú obrovské a musia sa chladiť kvapalným héliom, avšak na ich zjednodušenie sa už pracuje. Problém miniaturizácia by sa mohol vyriešiť napríklad pomocou iónových pascí a v oblasti chladenia robíme tiež veľké pokroky, kedy qubitmi vydržali pri izbovej teplote rekordných pol hodiny. Kam sa bude teda bude uberať táto technológia ďalej a bude to práve ona, na ktoré vybudujeme našu procesorovú budúcnosť?

Keď už elektrina nestačí, aneb do hry prichádza svetlo

Asi všeobecne známy fakt je, že svetlo je rýchlejší ako elektrina. Dôkazom toho sú napríklad optické káble používané pre internetové pripojenie. Prečo ho teda nevyužiť aj v procesoroch? Dôvodom najskôr bude, že s jeho použitím je spojená kopa technických problémov. Jedným z tých veľkých, ktoré trápili vedcov a inžinierov viac ako 20 rokov, je izolácia svetelných signálov. Avšak pred nejakou dobou zaznamenal technický svet prielom v tejto oblasti a bol tak prekonaný dôležitý míľnik pre tvorbu svetelných čipov. Na tento výskum potom nadviazali vedci z MIT, ktorí predstavili spôsob, ako ľahko vyrobiť hybridné CPU s optickými spojmi. Firma Fujitsu potom tento výskum využila a nedávno vyrobila optické spojenie pre kremíkové CPU. A teraz prichádza na scénu firma IBM s vyhlásením, že začne vyrábať čipy s lacným optickým prepojením. Týmto to však ale nekončí, pretože existujú projekty, ktoré sa snažia kombinovať predchádzajúce spomenuté kvantovej procesory s využitím svetla a vytvoriť tak kvantový svetelný čip, ktorý možno preprogramovať. Tak čo, ste fanúšikmi svetla a myslíte si, že to je naša budúca cesta?

A ako sú na tom vlastne súčasné kremíkové procesory?

Aby som nekrivdil dnešnom kremíkovým čipom, tak musím spomenúť, že aj v tejto oblasti stále prebieha výskum a výrazný pokrok. Každý z vás asi vie, že sa narazilo na nečakané problémy pri výrobe príliš malých čipov, avšak tieto ťažkosti boli už nedávno prekonané a vedcom sa podarilo vyrobiť funkčné tranzistor, o veľkosti jednoduchého atómu. Áno, čítate dobre, už sme sa dostali až na jednotku, ktorá bola predtým považovaná za konečnú a nedeliteľnou. A viete čo? Týmto to nekončí! Vedcom sa totiž tiež podarilo vytvoriť extrémne malý 1,5nm tranzistor, ktorý pracuje iba s jediným elektrónom, ktorý by mohol spôsobiť prevrat v súčasnej elektronike. Čo na to konzervatívnejší fanúšikovia kremíka, ste nadšenie?

Kremík nie je jediný materiál

Keď už je reč o kremíka, mohli by sme sa teraz pozrieť aj na iné materiály, s ktorými sa v oblasti výroby procesorov experimentuje. Nádejne vyzerajúcim materiálom je bezpochyby Grafen. Grafen ukazuje netušené možnosti, ktoré by sa mohli uplatniť pri výrobe procesorov a ja vám prezradím, že na konci tohto odseku zistíte, že už boli aj čiastočne uplatnené. Na začiatok je ešte potrebné si uvedomiť, že objav tohto materiálu znamenal napríklad ďalších desať rokov platnosti Moreova zákona. Keďže je to nový materiál, je najprv zásadný nájsť spôsob jeho ľahké a hromadnej priemyselnej výroby. Okrem, v predchádzajúcom článku spomínanom, postupu založenom na raste grafenu na silikónovej membráne, existuje napr. Postup, kde ku ľahké výrobe grafenu pre elektroniku celkom nečakane slúži DNA a mnoho ďalších postupov ... Napríklad v nasledujúcom videu sa ešte raz vysvetľuje, čo to Grafen vlastne je a ukazuje sa, ako si môžete vyrobiť taký "Grafen" v domácich podmienkach.

Opäť pred nejakou dobou dosiahol Grafen na ďalšiu métu a to oscilátor s frekvenciou 1,2 GHz, čo úplne nesúvisí s výrobou procesorov, ale ukazuje jeho pozoruhodné vlastnosti. No a teraz teda dosť táranie a na rad konečne prichádza sľubované uplatnenie grafenu pri výrobe procesorov. Vedci totiž nedávno už vyrobili čip z uhlíkových nanotrubíc, ktorý už zvládne beh jednoduchého OS. Čo viac k tomu dodať, snáď len otázku, či sa aj vy tešíte na novú generáciu procesorov z grafenu?

Ja by som si teraz dovolil ešte ďalšie malú odbočku a spomenul možnosť uplatnenia Kremíka a grafenu pre tvorbu priehľadných pamätí, ktoré sú v mojich očiach tiež veľmi zaujímavá komponenta pre budúci rozvoj elektroniky. Okrem videa na konci článku, by som sem ešte vložil futuristické video od Microsoftu z roku 2011, ktoré naznačuje, ako by mohla vyzerať budúcnosť za použitia týchto technológií.

Grafenu však výpočet "experimentálnych" materiálov nekončí. Už dlhú dobu sa hovorí o germánia, ktoré má všeobecne lepšie vlastnosti než kremík, ale ako hovorí klasik: "Germánium nerastie na stromoch." To je odpoveď na otázku, prečo ho už dnes nepoužívame. Jednoducho, pretože je nepomerne vzácnejší a tým aj oveľa drahšie ako kremík. Avšak existujú názory, že Germánium nahradí kremík v čipoch skôr ako Grafen. Čo si o takomto tvrdení myslíte Vy?

Okrem grafenu, potom ešte možno stojí za zmienku taký Stanen, čo je supravodivý cín s vlastnosťami grafenu. Tiež zaujímavá voľba s potenciálom na náhradu klasického kremíka, nemyslíte?

Elektrina vs. magnetizmus

Okrem nám všetkým známe elektrické sily, je tu aj sila magnetická. Aj tá by sa teoreticky dala použiť pri výrobe procesorov budúcnosti. Môžu tak magnetické čipy nahradiť kremíkové tranzistory, čo myslíte?

Procesory, ktoré sa opravia samy

Okrem klasických problémov s rýchlosťou procesorov a počítačov všeobecne, trápil používateľov od nepamäti problém s ich poruchovosťou. Preto je myšlienka na počítač, ktorý sa nikdy nepokazí, veľmi lákavá. Aj keď je to stále hudba budúcnosti, tak už ani táto myšlienka nie je úplne sci-fi, pretože aj v tejto oblasti robia vedci pokroky a vymýšľa spôsoby, ako napríklad princíp mikrokapsule, pre čipy, ktoré sa opravia samy. Láka vás teda myšlienka na samoopravné procesory vo vašom počítači?

Hľadajme inšpiráciu v prírode

Posledný odsek bude patriť čipom inšpirujúcim sa v prírode okolo nás. Prvým takým zástupcom, majúcim dizajn po vzore mozgu, sú tzv. Neuromorfické čipy, ktoré môžu prekonať dnešné nemenné procesory, pretože potenciál, vďaka možnosti prispôsobiť sa a byť efektívnejšie podľa potreby, na to určite majú. Posledným príklad pokroku v oblasti "organického inžinierstva", inšpirovaného prírodou, je potom Biologický tranzistor na báze DNA a RNA, ktorý tvorí základ organického procesora i celého počítača. Nakoniec by sme sa mohli dočkať aj celého počítača v jedinej bunke a to doslova. Chceli by ste mať doma taký "ekologický" počítač?

Tým by som asi svoje rozprávanie uzavrel a ak ste sa teda dočítali až sem, tak vás osobne považujem za veľké technologické nadšencov a ďakujem vám za záujem!

V nasledujúcom kvíze, Online test znalostí Technického vybavenia PC (expert), si vyskúšame nadobudnuté skúsenosti z kurzu.