Smartphone Futurology'ye hoş geldiniz. Bu yeni bilim dolu makaleler dizisinde, Mobil Milletler katkıda bulunan konuk Shen Ye, telefonlarımızda kullanılmakta olan mevcut teknolojilerin yanı sıra laboratuvarda geliştirilmeye devam eden en son teknolojiler hakkında bilgi veriyor. Gelecekteki tartışmaların çoğu bilimsel temellere dayandığından, ileride epeyce bilim var. çok sayıda teknik jargona sahip kağıtlar, ancak her şeyi basit ve basit tutmaya çalıştık. mümkün. Telefonunuzun cesaretinin nasıl çalıştığını daha derinlemesine incelemek istiyorsanız, bu seri tam size göre.
Yeni bir yıl, oynamak için yeni cihazların kesinliğini getiriyor ve bu nedenle, geleceğin akıllı telefonlarında neler görebileceğimize ileriye bakma zamanı. Serideki ilk taksit, pil teknolojisindeki yenilikleri kapsıyordu, süre ikinci makale, mobil ekranlar dünyasında bir sonraki adıma baktı. Serinin üçüncü bölümü, mobil cihazlarımızın elektronik beyinlerine odaklanıyor - SoC (çip üzerindeki sistem) ve flash depolama. Akıllı telefonların yükselişi ve rakip üreticiler arasındaki şiddetli rekabet, her iki alanda da teknolojik ilerlemenin hızını artırdı. Ve henüz bitirmedik - ufukta bir gün gelecekteki cihazlara girebilecek daha yeni teknolojiler var. Daha fazlasını öğrenmek için okumaya devam edin.
Yazar hakkında
Shen Ye bir Android geliştiricisi ve Bristol Üniversitesi'nden Kimya alanında MSci mezunudur. Onu Twitter'da yakala @shen ve Google+ + ShenYe.
Bu dizide daha fazlası
Smartphone Futurology serimizin ilk iki taksitini kontrol ettiğinizden emin olun. pil teknolojisinin geleceği ve akıllı telefon görüntüleme teknolojisi. Önümüzdeki haftalarda daha fazlasını izlemeye devam edin.
Resim kredisi: Qualcomm
Akıllı telefon endüstrisi, hem işlemcilerde hem de flash bellekte mikroçip teknolojisindeki ilerlemeleri son derece hızlandırdı. 6 yıl önce HTC G1, 65 nanometre işlem kullanılarak yapılmış 528 MHz işlemciye ve 192 MB RAM modülüne sahipti. O zamandan beri, Qualcomm'un bu yıl 20 nm'lik bir işlem kullanarak 64 bit işlemcileri piyasaya sürmesiyle uzun bir yol kat ettik. Bu taksitte Akıllı Telefon FütürolojisiBu hızda hızlanmaya devam etmek istiyorsak üstesinden gelinmesi gereken zorlukların yanı sıra hem depolama hem de işlem gücü açısından gelecekteki teknolojilere bakacağız.
Akıllı telefonlar, SoC (çip üzerindeki sistem) olarak bilinen entegre bir devre kullanır. Bu, bağlantı radyoları, CPU, GPU, multimedya kod çözücüleri vb. Dahil olmak üzere, cihazın tek bir çipte çalışması için gereken birden fazla bileşeni bir araya getirir. Telefon üreticileri, kullanmak istedikleri SoC'ye karar verdiklerinde, her biri farklı bir CPU saat hızı ve boyutuna sahip olmak üzere istedikleri paket varyantını seçebilirler. Örneğin, hem Nexus 7 (2012) hem de HTC One X bir Tegra 3 yonga seti kullandı, ancak aynı markaya rağmen, SoC düzeni, hızı ve boyutu farklı.
Dörtlü düz paketler gibi daha büyük paketler en ucuz olma eğilimindeyken, bilye yuvaları gibi daha küçük paketler, boyutlarına ulaşmak için daha maliyetli süreçler gerektirdiklerinden daha pahalıdır. Gibi 2014 amiral gemileri M8 ve S5 SoC, yerden tasarruf etmek için RAM'in altına yerleştirildi. Bununla birlikte, bu bileşenler, tümü hayal edilemeyecek kadar küçük transistörlerle doldurulmuş mikroçiplerle güçlendirilmiş normal bir PC'ye çok benzer şekilde çalışır.
Transistörler
Bir işlemcideki transistörlerin sayısı, işlem gücünü belirleme eğilimindedir.
Transistörler, anahtarlar veya amplifikatörler olarak kullanılabilen küçük yarı iletken cihazlardır. Bir işlemcideki transistörlerin sayısı, işlem gücünü belirleme eğilimindedir. Nanometre üretim süreci terimi, işlemcinin boyutunu tanımlar. 20nm transistörlerle, bunların yaklaşık 250 milyarını tırnak büyüklüğündeki silikon bir gofret üzerine sığdırabilirsiniz.
Yukarıda bir transistörün basit bir diyagramı var. Silikon, normal durumunda yalıtkan olan bir yarı iletkendir. Kontrol kapısına zayıf bir sinyal verildiğinde, bulunduğu yarı iletken bölgesini "eğdiği" bir eşiğe ulaşabilir. üzerine bir elektrik alanı yerleştirilerek elektrik iletmesine neden olur ve böylece kaynak ile kaynak arasındaki bağlantıyı tamamlar. boşaltın. Devreyi kapatmak için, kontrol kapısı basitçe kapatılır. Transistörler, uzun bir dizi kimyasal aşındırma ve biriktirme işlemi kullanılarak yapılır, ancak yeni teknikler ve optimizasyonlar keşfedildikçe üretim maliyetleri sürekli olarak düşmektedir.
Apple, mobil yonga setlerinin tasarımını giderek daha fazla üstleniyor. A8X, iPad Air 2 özel bir üç çekirdekli ARM CPU ve özel sekiz çekirdekli PowerFX GPU'ya sahiptir ve toplamda 3 milyar transistör vardır.
NAND Flash Bellek
Telefonların çoğu, kalıcı bir depolama türü olan NAND flash bellek depolamasını kullanır - daha özel olarak EEPROM (Elektrikle Silinebilir Programlanabilir Salt Okunur Bellek). Adın önerdiğinin aksine, Salt Okunur Bellek (ROM) aslında salt okunur değildir, ancak okuma hızları kesinlikle yazma hızlarından daha hızlıdır. "NAND flaş" adı, NAND flaş depolamasını oluşturan transistörlerde kullanılan giriş "doğru" ise "yanlış" çıktı üreten NAND mantık geçidinden (NOT AND veya Negated AND) gelir.
Resim: SLC yüzer kapı transistörü
Yukarıda, bilgi depolayan bir yüzer kapı transistörünün bir örneği bulunmaktadır. Bu sadece bir oksit tabakasıyla elektriksel olarak yalıtılmış yüzer bir geçidi olan ve elektrik kontağı olmayan bir transistördür. Yüzer kapı negatif bir yük tutabilir ve bilgiyi depolamak için kullanılan şey budur. İzolasyon, şarjı çok uzun süre korumasına izin verir. Tek seviyeli hücre (SLC) flaşında her yüzer geçidin negatif yüklü olduğu veya şarjının olmadığı 2 durumu vardır, bu nedenle 1 bit depolayabilir. Çok seviyeli hücre (MLC) flaşında, her yüzer geçidin ne kadar negatif yüklü olduğuna bağlı olarak birden fazla durumu olabilir. MLC flaş, SLC flaşa kıyasla daha yoğun depolama ortamına izin verir, ancak durumlar arasındaki daha dar farklardan dolayı daha yüksek okuma / yazma hatası oranlarına sahiptir.
NAND flash bellek, birleri ve sıfırları saklamak için kayan kapılar kullanır.
Yüzen bir kapının durumunu okurken, normal bir transistörün nasıl çalıştığına benzer bir mekanizma kullanır. Kaynak ile drenaj arasındaki bağlantının tamamlanabileceği eşiğe ulaşmak için kontrol geçidine bir voltaj uygulanır. Gerekli voltaj, yüzer kapının ne kadar negatif yüklü olduğu ile orantılıdır. Transistörün bit değeri, transistörün açılması için gereken voltajdan çevrilir. Yazarken, devre, diğer elektrikli bileşenlerden tamamen yalıtıldığında, yüzer kapının yükünü bir şekilde değiştirmelidir. "Kuantum tünelleme" denen bir fenomeni gerektirir - burada bir parçacığın (bu durumda bir elektron) bir bariyerden tünel açabildiği. Bu yazma süreci, okuma sürecinden önemli ölçüde daha karmaşık ve yavaştır, bu nedenle okuma hızları her zaman yazma hızlarından daha yüksektir.
Yüzer kapı transistörleri yerine şarj tuzağı flaşı (CFT) da kullanılır, mekanizma neredeyse CFT transistörleri dışında aynı olan, yüzen yerine negatif yükü depolamak için ince bir film kullanır kapı. Yüzer kapıya göre avantajları, daha güvenilir olmaları, daha az işlem nedeniyle üretilmelerinin daha ucuz olması ve daha küçük olmaları ve dolayısıyla daha yoğun kapasiteye sahip olmalarıdır. Bu, NAND'ın geleceği olarak görülüyor çünkü yüzer kapı transistörlerinin 20 nm'nin altında üretilmesi son derece zor. Bununla birlikte, 20nm'nin altındaki boyutlara yaklaşan transistörler ile bu, sürdürülemez hata oranları ve düşük veri anlamına gelebilir. saklama süreleri (yani, cihazınızı uzun süre elektriksiz bırakırsanız cihazınız bozulabilir. zaman). Yüzer kapı transistörleri ile, 20 nm'den daha düşük boyutlar, yüzer kapılar arasındaki şarj girişimini artırabilir - böylece hata ve bozulma oranlarını önemli ölçüde artırır.
Samsung, her bir transistörü silindirik bir biçime dönüştürerek depolama yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmanın bir yolunu keşfetti.
3D NAND
Resim kredisi: Samsung Electronics
3D NAND (bazen Dikey NAND veya V-NAND olarak da bilinir), kısa süre önce Samsung 850 serisi SSD'lerin kullanılmasıyla kitle pazarına sunuldu. 3D NAND flaş, geliştirilmiş uzun ömür ve güvenilirlik ile daha hızlı performans sağlar. İlk olarak geçen yıl Samsung Electronics tarafından duyurulan, mevcut pazardaki agresif yatay ölçeklendirmenin aksine NAND teknolojisini dikey olarak ölçekleyebildiler. Samsung, her bir transistörün şeklini silindirik bir forma dönüştürmek ve alan başına NAND flaş depolama yoğunluğunu en üst düzeye çıkarmak için bu silindirik transistörlerin katmanlarını istiflemek için bir yöntem keşfetti.
3D NAND, daha fazla depolama yoğunluğu ve gigabayt başına daha düşük maliyet sağlar.
3D NAND flaş, GB başına daha düşük maliyet getirerek onu manyetik depolamaya (geleneksel mekanik sabit sürücüler gibi) yaklaştırır. Ek olarak, transistörler arasındaki parazitin azaltılması da dahil olmak üzere, 20 nm'nin altındaki transistör boyutlarını küçültme ile mevcut sorunları çözmeye yardımcı olur.
Faz Değişikliği Flaşı
Resim kredisi: Micron
İçinde son makale Serinin, Sharp'ın yakın zamanda Aquos cihazlarında tanıttığı faz değişimli kristal IGZO ekranlarını tartıştık. Fark yüklü haller yerine, faz değişim malzemeleri (PCM) kristal (düzenli) ve amorf (düzensiz) arasında yapılarını değiştirir. Silikon satıcıları, 20nm'nin altındaki ölçeklendirme sorunları nedeniyle NAND flaşın yerini alacak yeni bir teknoloji bulmak için rekabet ederken, faz değişim flaşı güçlü bir aday olarak ortaya çıkıyor.
Bu yıl ikisi de IBM ve Western Digital PCM SSD'ler oluşturma çabalarını sergiledi. Mevcut NAND belleğiyle karşılaştırıldığında, faz değişim belleği, 70 mikrosaniyeden tek bir mikrosaniyeye kadar önemli ölçüde daha düşük gecikme süresine sahiptir. NAND'ın şarjları nasıl kullandığının aksine, PCM, izole edildikleri sürece 20nm altı ölçeklerde başka bir transistörle etkileşime girmez.
Faz değişimli flash bellek, önümüzdeki on yıl içinde mevcut NAND teknolojilerinin yerini almaya başlayabilir.
Şu anda tercih edilen PCM, kalkojenit alaşımıdır1. Kalkojenidin her bölümünün altına yerleştirilen küçük bir direnç (ısıtıcı) kullanılarak, malzemenin fazı, dirençten gelen bir ısı darbesinin sıcaklığı ve süresi ayarlanarak değiştirilebilir. Bir dirençten gelen ısı PCM'nin diğer "bitlerini" etkilediğinde, "termal çapraz konuşmayı" önlemek için her bir rezistörün bir termal yalıtıcıya sarılması gerekir. Bahsettiğimiz zaman ölçekleri 10-30 nanosaniye bölgesindedir, yani son derece hızlı yazma hızları. Okuma işlemi, kristal fazın daha iyi bir iletken olmasıyla aynı derecede hızlıdır. bit değerini okumak, küçük bir akımı PCM'den geçirmek ve ölçmek kadar basittir. direnç. Sonuçlar çok umut vericiydi ve önümüzdeki on yıl içinde mevcut NAND teknolojilerine göre faz değişimli flash belleğin benimsenmesini beklemeliyiz.
Uçucu Olmayan Manyetik RAM (MRAM)
Resim kredisi: Everspin
Manyetizma, on yıldan uzun bir süre önce verileri depolamanın bir yolu olarak önerildi, ancak üretim yöntemleri daha yeni gösterildi.2. Bu yeni nesil teknoloji hala çok uzakta, ancak şimdi kalem ve kağıttan üretime geçti. MRAM'ın gecikmesi de, düşük nanosaniye cinsinden mevcut NAND yongalarından çok daha düşüktür.
Everspin, Global Foundries ile ortaklık kurdu 40nm'lik bir işlem kullanarak döndürme torku manyetik RAM'i (ST-MRAM) üretmek için. TDK ayrıca gösteriş yaptı ST-MRAM teknolojisi, Everspin'in 64Mbit'ine kıyasla sadece 8Mbit'te. İki şirket, MRAM teknolojilerini tüketici pazarı için olgunlaştırma yarışında.
LPDDR4
Resim kredisi: Samsung Tomorrow
RAM'e geçerken, mevcut amiral gemisi cihazlarının çoğu LPDDR3 mobil RAM (Düşük Güç için LP standı) kullanır. Piyasadaki kabulü hızlı oldu, JEDEC yalnızca Mayıs 2012'de LPDDR3 standardını yayınladı. Ağustos ayının başlarında, LPDDR4 standardı Samsung elektronik ile ' ilk 20nm sınıf LPDDR4 yongası 3200 Mbit / sn'lik veri hızlarına ulaşabilen, önceki nesle göre% 50 daha yüksek ve% 10 daha düşük voltaj, dolayısıyla güç verimliliğinde genel olarak% 40 artış.
Mobil cihazlarımızda zaten bulunan 2K ekranlar ve tabletler için köşeyi dönünce 4K ile RAM iştahımız artmaya devam ediyor. RAM uçucudur - depolanan verilerini korumak için sabit bir voltaj gerektirir, bu nedenle güç tüketimi hız kadar önemlidir. 2015 yılında amiral gemisi telefonlarımızda ve tabletlerimizde büyük olasılıkla LPDDR4 yongalarını göreceğiz ve tüm cihazı batıran arka plan uygulamaları konusunda asla endişelenmemeye bir adım daha yaklaşacağız.
20nm altı mikroçip imalatı
Daha küçük üretim süreçleri, işlemcinize daha fazla transistör sığdırmanıza olanak tanır ...
Qualcomm ve Intel gibi silikon satıcıları, performanslarını nihayetinde artırmak için sürekli olarak bir işlemciye daha fazla transistör sıkıştırmanın yollarını arıyor. Yukarıda NAND transistörlerinin 20nm'nin altındaki veri depolamayla ilgili sorunları olduğunu ve ürün verimindeki büyük düşüşten bahsetmiştik. Şu anda yoğun bir şekilde araştırılan bir diğer sorun, 20nm altı tasarımların silikon levhaya aktarılmasıyla ilgili sorun.
Mevcut teknikler, tasarımı ışığa duyarlı malzemeyle silikon bir gofret üzerine yansıtmak için ışığı kullanır - bir görüntüyü nanometre ölçeğinde görüntülemek için bir projektör kullanmayı hayal edin. 20 nm'nin altına düştüğünüzde, bu litografi işleminde, fizik yasalarıyla sınırlı birkaç zorlukla karşılaşırsınız. Bu kadar küçük ölçeklere geldiğinizde, ışığın kırınımı bir sorun olmaya başlar.
Resim kredisi: Intel
... ancak 20 nm'nin altına daldığınızda, fizik kanunları size yetişmeye başlar.
Bildiğiniz gibi, ışık bir dalga olarak hareket eder. Dalga, boyutu ışığın dalga boyuna yakın olan bir boşluktan (bu durumda silikon tasarım şablonu) geçerse, kırınım yapabilir ve çok bulanık bir transfer verebilir. Öyleyse kesinlikle ışığın dalga boyunu artırabiliriz, değil mi? Bu, sorunları yalnızca siz daha da küçülmek isteyene kadar geçici olarak düzeltir, ek olarak, ışığın yeni dalga boyuna tepki verecek yeni bir ışığa duyarlı malzeme bulmanız gerekir. Şu anda olan tam olarak budur, "aşırı ultraviyole litografi" (EUV), yeni nesil litografi teknikleridir ve 20nm sınırını 13.5nm'ye kadar indirebilir.
Silikon satıcıları, kaçınılmaz olarak karşılaşacakları bir sonraki tuğla duvarı nasıl kıracaklarını araştırdılar, 13,5 nm. Bu alanda oldukça araştırılmış bir alan, kendi kendine birleşen nanoteller üzerinedir. Bunlar, kendilerini belirli modellerde organize etmek için tasarlanmış uzun polimer zincirleridir. Toronto Üniversitesi'ndeki bir grup bir makale yayınladı3 kendilerini elektriği gerçekten iletebilecek ince, eşit aralıklı çizgiler halinde organize etmek için polimer zincirlerinden nasıl bir çözüm bulduklarını.
Resim kredisi: Toronto Üniversitesi
Resim kredisi: D-Wave
Kuantum hesaplama ve Qubits
Kuantum hesaplama henüz emekleme aşamasında, ancak çoğu bunun bilgi işlemin geleceği olduğuna inanıyor. İnanılmaz derecede karmaşık, bu yüzden burada sadece temelleri ortaya koyacağız. Kuantum seviyesinde olanların çoğu, günlük gördüklerimize kıyasla gerçekten tuhaf; Bir bilim derecesi yaptıktan 4 yıl sonra hala bazen kuantum mekaniğinin belirli kısımlarını kavramakta sorunlar yaşıyorum.
Kuantum seviyesinde olanların çoğu gerçekten tuhaf.
Geleneksel bilgisayarlar, 1 veya 0 olmak üzere iki durumdan yalnızca biri olabilen bitleri kullanır. Bir kübit (kuantum biti) aynı anda birden fazla durumda olabilir ve bu nedenle büyük miktarda veriyi işleyebilir ve depolayabilir. Bunun nedeni, kuantum hesaplamanın nasıl çalıştığının temeli olan süperpozisyon olarak bilinen bir kuantum olgusudur (bu genellikle Schrödinger'in kedisi benzetme).
Kuantum dolanıklığı aklınızı uçurabilir.
"Dolaşıklık" olarak bilinen başka bir fenomen, bir çift parçacığın kendi başlarına değil, bir bütün olarak tanımlanamayacak şekilde etkileşime girdiği kuantum seviyesinde gerçekleşebilir. Bu, parçacıklardan birinin ve bir şekilde diğerinin durumunu değiştirmek gibi garip şeylerin olmasına neden olur. Parçacık, aralarında hiçbir fiziksel bağlantı bulunmasa da, birbirlerinden çok uzak olmalarına rağmen, anında değişecektir. Bir kübit ile ilgili sorun, eğer onu doğrudan okumaya çalışırsanız, değerini değiştirecek bir şekilde onunla etkileşime girmeniz gerektiğidir. Bununla birlikte, kuantum dolanıklığı potansiyel olarak sorunu çözer. Eğer kübiti dolaştırırsanız, onun çiftini ölçebilirsiniz, bu da araştırmacıların kübitin değerini gerçekten bakmadan okumasına olanak tanır.
Geçen yıl Google bir yapay zeka başlattıklarını duyurdu. 512 kübit kuantum bilgisayarlı laboratuvar, ancak şu anda en iyi durumda kalmasına yardımcı olmak için araçlarla dolu büyük bir oda gerektirse Çalıştırmak. Ama aynı zamanda geleneksel bilgisayar da böyle başladı. Telefonlarımıza girmemiz 2 on yıldan fazla sürecek, ancak kesinlikle sürekli büyüyen, yoğun bir şekilde araştırılan bir alan.
Alt çizgi
Silikon pazarı şu anda o kadar rekabetçidir ki, yeni keşifler ve standartlar hızla pazara kabul edilmektedir. 3D NAND ve LPDDR4 çok yakında cihazlarımıza gelecek ve önemli ölçüde daha hızlı performans ve daha iyi güç verimliliği sağlayacak. Silikon satıcılarının avantaj elde etmelerine yardımcı olmak için cömertçe finanse edilen birkaç araştırma alanını tartıştık. agresif pazar - teknoloji endüstrisindeki rekabet her zaman büyük ölçüde tüketici.
R. Bez. Chalcogenide PCM: gelecek on yıl için bir bellek teknolojisi. Elektron Cihazları Toplantısı'nda (IEDM), 2009 IEEE International. 2009. ↩
L. Liu, C.-F. Pai, Y. Li, H.W. Tseng, D.C. Ralph ve R.A. Buhrman, Tantalumun Dev Spin Hall Etkisiyle Spin-Tork Değiştirme, Science, 2012. 336 (6081): p. 555-558. ↩
H. Wang, M.A. Winnik ve ben. Poli (ferrosenildimetilsilan-b-2-vinilpiridin) Diblok Kopolimerlerinin Tarzları, Sentezi ve Kendiliğinden Birleştirilmesi, Makromoleküller, 2007. 40 (10): p. 3784-3789. ↩
Bunlar, her fiyata satın alabileceğiniz en iyi kablosuz kulaklıklardır!
En iyi kablosuz kulaklıklar rahattır, harika ses çıkarır, çok pahalı değildir ve cebe kolayca sığar.
PS5 hakkında bilmeniz gereken her şey: Çıkış tarihi, fiyatı ve daha fazlası.
Sony, PlayStation 5 üzerinde çalıştığını resmen onayladı. Şimdiye kadar bildiğimiz her şey burada.
Nokia, 200 doların altında iki yeni bütçeye sahip Android One telefonunu piyasaya sürdü.
Nokia 2.4 ve Nokia 3.4, HMD Global'in bütçeye uygun akıllı telefon serisinin en son üyeleridir. Her ikisi de Android One cihazı olduklarından, üç yıla kadar iki büyük işletim sistemi güncellemesi ve düzenli güvenlik güncellemeleri almaları garanti edilir.
Bu SmartThings kapı zilleri ve kilitleriyle evinizi koruyun.
SmartThings ile ilgili en iyi şeylerden biri, sisteminizde, kapı zilleri ve kilitler dahil bir dizi başka üçüncü taraf cihazı kullanabilmenizdir. Hepsi aynı SmartThings desteğini paylaştığından, hangi cihazların SmartThings cephaneliğinize eklenmesini haklı çıkarmak için en iyi özelliklere ve püf noktalarına sahip olduğuna odaklandık.