Добродошли у Смартпхоне Футурологи. У овој новој серији чланака пуних науке, Мобиле Натионс гостујући сарадник Схен Ие пролази кроз тренутне технологије које се користе у нашим телефонима, као и најсавременије ствари које се још увек развијају у лабораторији. Пред нама је поприлично науке, јер ће се многи будући разговори заснивати на научним папири са огромном количином техничког жаргона, али трудили смо се да ствари буду што једноставније и једноставније могуће. Дакле, ако желите дубље да зароните у то како функционишу сметње вашег телефона, ово је серија за вас.
Нова година доноси сигурност нових уређаја за играње, па је време да погледамо унапред оно што бисмо могли видети на паметним телефонима будућности. Прва серија у серији покривала је новости у технологији батерија, док други чланак је разматрао шта следи у свету мобилних дисплеја. Трећи део серије усредсређен је на електронске мозгове наших мобилних уређаја - СоЦ (систем на чипу) и флеш меморију. Пораст паметних телефона и оштра конкуренција међу ривалским произвођачима убрзали су темпо технолошког напретка у обе ове области. И још нисмо завршили - на помолу су све дивље технологије које ће једног дана можда наћи пут до будућих уређаја. Читајте даље да бисте сазнали више.
О аутору
Схен Ие је програмер за Андроид и дипломирао је хемију на Универзитету у Бристолу. Ухватите га на Твиттеру @схен и Гоогле+ + СхенИе.
Више у овој серији
Обавезно погледајте прве две рате наше серије Смартпхоне Футурологи, које покривају будућност технологије батерија и екран за паметне телеф. Наставите да гледате још у наредним недељама.
Кредит за слику: Куалцомм
Индустрија паметних телефона је изузетно убрзала напредак у технологији микрочипова, како у процесорима, тако и у флеш меморији. ХТЦ Г1 од пре 6 година имао је процесор од 528 МХз направљен помоћу 65 нанометарског процеса и 192 МБ РАМ модула. Од тада смо превалили дуг пут, Куалцомм је ове године објавио 64-битне процесоре користећи 20 нм процес. У овом делу од Футурологија паметних телефона, погледаћемо будуће технологије и у складишној и у процесорској снази, заједно са изазовима које треба превазићи ако желимо да наставимо да убрзавамо овим темпом.
Паметни телефони користе интегрисани круг познат као СоЦ (систем на чипу). Ово укључује више компонената потребних да би уређај функционисао у једном чипу, укључујући радио станице, ЦПУ, ГПУ, мултимедијалне декодере итд. Када се произвођачи телефона одлуче за СоЦ који желе да користе, могу да одаберу варијанту пакета коју желе, а свака са другачијом брзином и величином процесора. На пример, и Некус 7 (2012) и ХТЦ Оне Кс користили су Тегра 3 чипсет, али упркос идентичном брендирању, распоред, брзина и величина СоЦ-а су различити.
Већи пакети као што су четвороструки равни пакети имају тенденцију да буду најјефтинији, док су мањи попут носача куглица скупљи јер захтевају скупље процесе да би се постигла њихова величина. Заставе из 2014. као што су М8 и С5 имао СоЦ слој испод РАМ-а ради уштеде простора. Међутим, ове компоненте раде врло слично као и нормални рачунар, а сви се напајају микрочиповима испуњеним незамисливо малим транзисторима.
Транзистори
Број транзистора у процесору одређује његову процесорску снагу.
Транзистори су малени полупроводнички уређаји који се могу користити као прекидачи или појачала. Број транзистора у процесору одређује његову процесорску снагу. Појам производног процеса нанометара дефинише величину процесора. Са 20нм транзисторима можете да сместите око 250 милијарди на силицијумску плочицу величине нокта.
Изнад је једноставан дијаграм транзистора. Силицијум је полупроводник који је у свом нормалном стању изолациони. Када се слаб сигнал уведе на управљачку капију, он може достићи праг где „допира“ подручје полупроводника у коме се налази постављен горе са електричним пољем, узрокујући да проводи електричну енергију и тако употпуњује везу између извора и одвод. Да би се круг искључио, контролна капија се једноставно искључује. Транзистори се израђују помоћу дугог низа процеса хемијског нагризања и таложења, али њихови производни трошкови континуирано пропадају како се откривају нове технике и оптимизације.
Аппле све више преузима дизајн њихових мобилних чипсета. А8Кс који се испоручује унутар иПад Аир 2 има прилагођени тројезгрени АРМ ЦПУ и прилагођени осмојезгрени ПоверФКС ГПУ, за укупно 3 милијарде транзистора на зиду.
НАНД флеш меморија
Већина телефона користи НАНД флеш меморију, трајни тип меморије - тачније ЕЕПРОМ (електрично избрисива програмабилна меморија само за читање). Супротно ономе што име сугерише, меморија само за читање (РОМ) заправо није само за читање, иако су брзине читања дефинитивно веће од брзина писања. Назив „НАНД фласх“ потиче од НАНД логичке капије (НОТ АНД или Негатед АНД), која даје „лажни“ излаз ако је улаз „истинит“, који се користи у транзисторима који чине НАНД флеш меморију.
Слика: СЛЦ транзистор са плутајућим вратима
Изнад је илустрација транзистора са плутајућим вратима који чува информације. То је само транзистор са плутајућом капијом, електрично изолованом оксидним слојем и без електричних контаката. Плутајућа капија може да задржи негативан набој и то је оно што се користи за чување информација. Изолација му омогућава одржавање наелектрисања веома дуго. У једнослојном блицу (СЛЦ) блица свака плутајућа капија има 2 стања у којима је или негативно наелектрисана или нема наелектрисање, па може да сачува 1 бит. У мулти-левел фласх (МЛЦ) фласх-у свака плутајућа капија може имати више стања у зависности од тога колико је негативно наелектрисана. МЛЦ блиц омогућава гушће медије за складиштење у поређењу са СЛЦ блицем, али има веће стопе грешака при читању / писању због ужих разлика између стања.
НАНД флеш меморија користи плутајуће капије за чување јединица и нула.
Када очитава стање плутајуће капије, користи механизам сличан ономе како ради нормалан транзистор. Напон се примењује на контролном капију да би се достигао праг где веза између извора и одвода може бити потпуна. Потребни напон је пропорционалан негативном набоју плутајуће капије. Битна вредност транзистора преводи се из напона потребног за укључивање транзистора. Током писања, склоп мора некако да модификује пуњење плутајуће капије када је потпуно изолована од било којих других електричних компонената. Потребан је феномен назван „квантно тунелирање“ - где честица (у овом случају електрон) може да пролази кроз баријеру. Овај процес писања је знатно компликованији и спорији од процеса читања, па су брзине читања увек веће од брзина писања.
Такође се користи блиц за замку пуњења (ЦФТ) уместо плутајућих транзистора, механизам је скоро идентични, осим ЦФТ транзистора, користе танки филм за складиштење негативног наелектрисања уместо плутајућег капија. Њихова предност у односу на плутајућа врата је што су поузданија, јефтинија за производњу због мање процеса, а мања су и имају гушћи капацитет. Ово се види као будућност НАНД-а јер је транзиторе са плутајућим вратима изузетно тешко произвести испод 20 нм. Међутим, са транзисторима који се приближавају величинама мањим од 20 нм, то може значити неисплативе стопе грешака и ниске податке времена задржавања (тј. уређај може да се оштети ако га дуже време не користите без напајања време). Са транзисторима са плутајућим вратима, величине ниже од 20нм могу повећати сметње наелектрисања између плутајућих капија - што значајно повећава грешке и стопе оштећења.
Самсунг је открио начин да сваки транзистор трансформише у цилиндрични облик, максимизирајући густину складиштења.
3Д НАНД
Кредит за слику: Самсунг Елецтроницс
3Д НАНД (понекад познат и као Вертикални НАНД или В-НАНД) тек је недавно постао доступан масовном тржишту, користећи их ССД дискове Самсунг 850 серије. 3Д НАНД блиц пружа брже перформансе уз побољшану дуговечност и поузданост. Првобитно најављен од стране Самсунг Елецтроницс прошле године, успели су вертикално да скалирају НАНД технологију за разлику од агресивног хоризонталног скалирања на тренутном тржишту. Самсунг је открио метод промене облика сваког транзистора у цилиндрични облик и слагање слојева ових цилиндричних транзистора како би се максимизовала њихова НАНД густина флеш меморије по површини.
3Д НАНД доноси већу густину складиштења и ниже трошкове по гигабајту.
3Д НАНД блиц доноси ниже трошкове по ГБ, приближавајући их магнетном складишту (попут традиционалних механичких чврстих дискова). Поред тога, помаже у решавању тренутних проблема са смањењем величине транзистора испод 20 нм, укључујући смањење сметњи између транзистора.
Блиц са фазном променом
Кредит за слику: Мицрон
У последњи чланак серије, разговарали смо о ИГЗО екранима са променом фазе који су Схарп недавно представили на својим Акуос уређајима. Уместо стања са различитим наелектрисањима, материјали за промену фазе (ПЦМ) мењају структуру између кристалних (уређених) и аморфних (неуређених). Са добављачима силицијума који се такмиче у проналажењу нове технологије која ће заменити НАНД блиц због проблема са скалирањем испод 20 нм, блиц са променом фазе постаје снажан кандидат.
Ове године обе ИБМ и Вестерн Дигитал показали су своје напоре у стварању ПЦМ ССД-ова. У поређењу са тренутном НАНД меморијом, меморија промене фазе има знатно нижу кашњење - са 70 микросекунди на једну микросекунду. За разлику од начина на који НАНД користи набоје, ПЦМ не би имао сметње са другим транзисторима на скали испод 20 нм све док су изоловани.
Фласх меморија са променом фазе може почети да замењује тренутне НАНД технологије у наредној деценији.
Тренутно пожељни ПЦМ је слитина халкогенида1. Коришћењем малог отпорника (грејача) постављеног испод сваког дела халкогенида, фаза материјала се може променити само подешавањем температуре и времена импулса топлоте из отпорника. Сваки отпорник мора бити умотан у топлотни изолатор да би се спречио „термални унакрсни разговор“, када топлота из отпорника утиче на друге „битове“ ПЦМ-а. Временске скале о којима говоримо су у 10-30 наносекунди, тако да су изузетно велике брзине писања. Процес читања је једнако брз, с тим што је кристална фаза бољи проводник очитавање вредности бита је једноставно попут проласка мале струје кроз ПЦМ и мерења њене отпор. Резултати су били врло обећавајући и требало би очекивати да ће флеш меморија са променом фазе бити усвојена у складу са тренутним НАНД технологијама у наредној деценији.
Неиспарљиви магнетни РАМ (МРАМ)
Кредит за слику: Еверспин
Магнетизам је предложен као начин чувања података пре више од једне деценије, али методе за производњу тек су недавно демонстриране2. Ова технологија следеће генерације је још увек далеко, али је сада прешла са оловке и папира на производњу. Кашњење МРАМ-а је такође знатно ниже од кашњења тренутних НАНД чипова, у ниских десетина наносекунди.
Еверспин се удружио са Глобал Фоундриес како би се магнетни РАМ (СТ-МРАМ) обртног момента производио поступком од 40 нм. ТДК такође показао се његова СТ-МРАМ технологија, мада само на 8Мбит у поређењу са 64Мбит Еверспин-а. Две компаније су у трци да сазре своје МРАМ технологије за потрошачко тржиште.
ЛПДДР4
Кредит за слику: Самсунг сутра
Прелазећи на РАМ, већина тренутних водећих уређаја користи ЛПДДР3 мобилни РАМ (ЛП постоље за малу снагу). Његово усвајање на тржишту било је брзо, јер је ЈЕДЕЦ објавио стандард ЛПДДР3 тек у мају 2012. године. Раније у августу су објавили ЛПДДР4 стандард са Самсунг електроником ' први чип ЛПДДР4 класе 20нм способан да достигне брзине преноса података од 3200 Мбит / с, 50% више од претходне генерације и користи 10% нижи напон, што значи укупно 40% повећање ефикасности напајања.
Са 2К екранима који су већ у нашим мобилним уређајима и 4К иза угла за таблете, наш апетит за РАМ-ом и даље расте. РАМ је нестабилна - потребан јој је константан напон да би се одржали сачувани подаци, па је потрошња енергије једнако важна као и брзина. Највероватније ћемо ЛПДДР4 чипове видети на нашим водећим телефонима и таблетима 2015. године и бићемо још један корак ближе томе да никада нећемо морати да бринемо да ли ће позадинске апликације заглавити цео уређај.
Израда микрочипа испод 20 нм
Мањи производни процеси омогућавају вам да у свој процесор угурате више транзистора ...
Произвођачи силицијума попут Куалцомма и Интел непрестано траже начине да истисну више транзистора на процесор како би на крају повећали своје перформансе. Горе смо споменули како НАНД транзистори имају проблема са складиштењем података испод 20нм, а да не помињемо огроман пад приноса производа. Још један проблем који се тренутно истражује је проблем преноса дизајна испод 20нм на силицијумску плочицу.
Тренутне технике користе светлост за пројектовање дизајна на силицијумску плочицу са материјалом осетљивим на светлост - замислите да користите пројектор за приказ слике у нанометарској скали. Када паднете испод 20нм, имате неколико потешкоћа са овим литографским процесом, ограниченим законима физике. Када дођете до тако малих размера, дифракција светлости почиње да постаје проблем.
Кредит за слику: Интел
... али кад паднете испод 20нм, закони физике почињу да вас сустижу.
Као што можда знате, светлост путује као талас. Ако талас прође кроз празнину (у овом случају шаблон за силицијумски дизајн) чија је величина блиска таласној дужини светлости, може дифрактовати и дати врло замагљен пренос. Па сигурно можемо само повећати таласну дужину светлости, зар не? Па, то само привремено решава проблеме док не будете желели да постанете још мањи, поред тога, требало би да пронађете нови материјал осетљив на светлост који би реаговао на нову таласну дужину светлости. Управо се то догађа управо сада, с тим што је „екстремна ултраљубичаста литографија“ (ЕУВ) следећа генерација литографских техника, способна да помери ограничење од 20 нм на 13,5 нм.
Продавачи силицијума већ су размотрили како да разбију следећи зид од опеке са којим ће се неизбежно суочити, 13,5нм. Једно високо истражено подручје у овој области је на самонастављању наножича. То су дуги полимерни ланци који су дизајнирани да се организују у одређене обрасце. Група са Универзитета у Торонту објавила је рад3 о томе како су добили решење својих полимерних ланаца да се организују у танке, равномерно размакнуте линије које заправо могу проводити електричну енергију.
Кредит за слику: Универзитет у Торонту
Кредит за слику: Д-Ваве
Квантно рачунање и Кубитс
Квантно рачунање је још увек у повојима, али многи верују да је то будућност рачунарства. Невероватно је сложен, па ћемо овде само изложити основе. Много онога што се дешава на квантном нивоу је заиста чудно у поређењу са оним што свакодневно видимо; Четири године након што сам стекао научну диплому, и даље понекад имам проблема са разумевањем одређених делова квантне механике.
Много онога што се дешава на квантном нивоу је заиста чудно.
Уобичајени рачунари користе битове, који могу бити само једно од два стања, било 1 или 0. Кубит (квантни бит) може бити у више стања истовремено, и самим тим је у могућности да обрађује и чува велике количине података. То је због квантног феномена познатог као суперпозиција, основа како функционише квантно рачунање (ово се обично објашњава са Сцхродингерова мачка аналогија).
Квантна запетљаност можда ће вас једноставно разбити.
Још један феномен познат као „заплетање“ може се догодити на квантном нивоу, где пар честица међусобно делује на такав начин да се не могу описати сами, већ као целина. То доводи до тога да се догађају чудне ствари попут промене стања једне и неке друге честице честице ће се истог тренутка такође променити, упркос томе што су далеко међусобно, а између њих нема физичке везе. Проблем са кубит-ом је тај што ако покушате да га прочитате директно, мораћете да комуницирате с њим на неки начин што би променило његову вредност. Међутим, квантно преплитање потенцијално решава проблем. Ако заплетете кубит, можете измерити његов пар који омогућава истраживачима да очитају вредност кубита без стварног гледања.
Гоогле је прошле године објавио да лансирају А.И. лабораторија са квантним рачунаром од 512 кубита, мада тренутно захтева огромну собу препуну алата који ће јој помоћи да буде у оптималном стању трцати. Али тако је започео и конвенционални рачунар. Проћи ће више од две деценије пре него што га унесемо у своје телефоне, али то је сасвим сигурно истражено подручје које континуирано расте.
Доња граница
Тржиште силицијума је тренутно толико конкурентно да се нова открића и стандарди брзо усвајају на тржишту. 3Д НАНД и ЛПДДР4 долазе врло брзо на наше уређаје, доносећи знатно брже перформансе и бољу ефикасност напајања. Разговарали смо о неколико области истраживања која се издашно финансирају како би се добављачима силикона помогло да постигну предност агресивно тржиште - иако је конкуренција у технолошкој индустрији увек на крају имала велике користи за потрошач.
Р. Без. Халкогенид ПЦМ: меморијска технологија за следећу деценију. на састанку Елецтрон Девицес (ИЕДМ), 2009 ИЕЕЕ Интернатионал. 2009. ↩
Л. Лиу, Ц.-Ф. Паи, И. Ли, Х.В. Тсенг, Д.Ц.Ралпх и Р.А. Бухрман, Пребацивање обртног момента са ефектом џиновског обртања тантала, Наука, 2012. 336 (6081): стр. 555-558. ↩
Х. Ванг, М.А.Винник и И. Начини, синтеза и само-монтажа поли (фероценилдиметилсилана-б-2-винилпиридина) диблок-кополимера, Мацромолецулес, 2007. 40 (10): стр. 3784-3789. ↩
Ово су најбоље бежичне слушалице које можете купити по свакој цени!
Најбоље бежичне слушалице су удобне, звуче сјајно, не коштају превише и лако се ставе у џеп.
Све што треба да знате о ПС5: Датум изласка, цена и још много тога.
Сони је званично потврдио да ради на ПлаиСтатион 5. Ево свега што до сада знамо о томе.
Нокиа лансира два нова буџетска Андроид Оне телефона испод 200 долара.
Нокиа 2.4 и Нокиа 3.4 су најновији додаци буџетској линији паметних телефона компаније ХМД Глобал. С обзиром да су оба Андроид Оне уређаја, гарантовано ће добити две главне исправке ОС-а и редовна безбедносна ажурирања до три године.
Осигурајте свој дом овим СмартТхингс звонима и бравама.
Једна од најбољих ствари код СмартТхингс-а је та што можете да користите мноштво других независних уређаја на свом систему, укључујући звона на вратима и браве. Будући да сви они у основи деле исту подршку за СмартТхингс, усредсредили смо се на то који уређаји имају најбоље спецификације и трикове како би оправдали њихово додавање у ваш СмартТхингс арсенал.