В сфере новых технологий. Выпуск 46

Техника техникой, но лифт ломается чаще, чем лестница.
Станислав Ежи Лец

Едва ли не каждый день появляются новые технологии и научные открытия, которые в дальнейшем изменят наш взгляд на функционирование компьютерных систем и IT-техники, значительно повысив производительность их работы и расширив функциональные возможности. С наиболее интересными из них мы продолжаем знакомить вас в цикле материалов «В сфере новых технологий».

Летнее время – традиционная пора отпусков и даже компьютерная индустрия замирает на несколько месяцев, дабы вновь возобновить бурную деятельность с началом нового школьного года. Но вот в лабораториях и научных университетах ученые продолжают усовершенствовать существующие и создавать новые методы, законы, устройства для улучшения нашей с вами жизни. Давайте рассмотрим подробнее самые интересные из них, фокусируясь в первую очередь на тех, которые непосредственно связаны с компьютерной тематикой. Данный материал мы построим по принципу «от малого до большого», то есть сначала проанализируем новости о материалах и элементарных частицах, а потом перейдем к готовым устройствам. Начнем, пожалуй, с информации о… телепортации.

Материалы и элементарные частицы

Осуществлено телепортацию кубита в пределах одной микросхемы

Если вы сразу же вспомнили свои любимые произведения литературы или кино, в которых использовалась телепортация предметов или людей с одной точки Вселенной в другую, то пока рано говорить об открытии таких возможностей перед человечеством. В данном случае речь идет лишь о передаче информации без использования традиционных каналов связи между передатчиком и приемником. Она была осуществлена совместными усилиями специалистов университетов Цюриха и Токио.

В своем эксперименте они использовали два квантовых бита (кубита), которые находились по разную сторону одной микросхемы: один на стороне передатчика, второй – приемника. При этом квантовые состояния этих кубитов были взаимосвязаны между собой, и по законам квантовой механики изменение состояния одного кубита мгновенно влечет за собой аналогичное изменение во втором, несмотря на физические расстояния между ними. То есть, для передачи информации достаточно изменить лишь состояние кубита на стороне передатчика и, невзирая на отсутствие традиционных (проводных или беспроводных) каналов связи, состояние второго кубита изменится аналогичным образом.

В проведенном эксперименте расстояние между кубитами составляло всего 6 мм. Успешная передача проходила в 40% случаев, а точность воспроизведение полученной информации составляла 88%. Но даже такие результаты уже считаются большим прорывом, ведь предыдущие попытки проводились на расстояниях в 1000 меньших, а настроить взаимосвязь кубитов удавалось лишь в 1% случаев.

Что это даст нам в будущем – возможность отказаться от каналов связи вообще для мгновенной передачи неимоверно больших объемов данных. Ведь теоретически, расстояние между объектами может быть как угодно большим.   

Графеновый транзистор может работать на частотах 400 ГГц и выше

Многие ученые и аналитики уверены, что эра использования кремниевых микросхем близится к окончанию, поскольку пределы повышения их тактовых частот и уменьшения техпроцесса изготовления почти достигнуты. Поэтому использование графена может существенно расширить существующие рамки и дать новый толчок для развития компьютерных технологий. В частности, созданные с его помощью транзисторы будут более компактными, эффективными и смогут работать на частотах 400 ГГц и выше. Единственная проблема состоит в том, что графен – это проводник, а для транзисторов нужен полупроводник. Многие ученые пока безрезультатно пытаются разными способами создать в нем запрещенную зону, что позволило бы использовать его в качестве классического полупроводника.

Первый транзистор, созданный сотрудниками лаборатории Белла в 1947 году

Но, похоже, решение этой проблемы требовало совсем иного подхода, который был успешно применен ученым из Калифорнийского университета Риверсайд. В его основе лежит новый феномен, который до этого не применялся для создания транзисторов. Он получил название «Отрицательное сопротивление» (Negative resistance): при определенных условиях, увеличение силы тока, который подается на графеновый транзистор, приводит к падению напряжения на нем. Именно это позволяет «закрыть» транзистор.

В данный момент ученые работают над созданием базовых схем на основе разработанных графеновых транзисторов. Если их эксперименты завершатся успешно, то уже через несколько лет мы сможем увидеть принципиально новые процессоры и другие микросхемы, уровень производительности которых будет существенно выше.

Созданы графеновые суперконденсаторы с использованием дешевого техпроцесса

Традиционные суперконденсаторы (или ионисторы) – это особый вид конденсаторов с очень большой удельной мощностью, которые могут заряжаться и разряжаться почти мгновенно. В тоже время они характеризуются очень низким показателем плотности энергии, поэтому не могут широко использоваться в компьютерной технике в качестве батареи, но нашли свою нишу в автомобилях. Однако интеграция графена в процесс их изготовления существенно меняет положение вещей.

Не углубляясь в физическую конструкцию электрохимических конденсаторов, отметим, что количество накопленной энергии прямо пропорционально эффективной площади используемых электродов. А учитывая, что графен – самый тонкий из известных материалов, то его эффективная площадь поверхности очень большая. В частности, количество графена массой 1 грамм имеет площадь поверхности эквивалентную нескольким теннисным кортам. Поэтому его использование в суперконденсаторах позволяет существенно повысить плотность энергии, что позволит им успешно заменить традиционные литиевые батареи.

Проблема же заключалась лишь в разработке метода массового производства таких ионисторов на основе графена, который бы отличался хорошими показателями рентабельности. И, похоже, что специалистам австралийского университета Монаш удалось создать его. Они утверждают, что разработанный ими метод очень похож на традиционный процесс создания бумаги, исходным материалом в котором служит оксид графита. Метод достаточно простой и дешевый для успешного применения его в промышленном производстве. А созданный с его помощью графеновые ионисторы обладают отличными показателями: энергетическая плотность равна 60 Вт·ч / литр, что соизмеримо со свинцово-кислотными аккумуляторами. При этом они сохраняют 90% емкости после 50 000 циклов перезарядки и даже способны удерживать 90% заряда после 300 часов.

Что ж, возможно, уже в недалеком будущем именно графеновые суперконденсаторы станут неотъемлемой основой планшетов, смартфонов и ноутбуков, позволяя продлить время их автономной работы и перезаряжать за считанные минуты.       

Системная память

RRAM-память выходит на рынок в качестве потенциальной замены NAND флеш-микросхем

Crossbar! Запомните название этой компании, ведь она намерена совершить настоящий прорыв в производстве микросхем флеш-памяти, вытеснив из рынка традиционные NAND флеш-чипы. И это уже не просто теория, ведь Crossbar уже представила опытные образцы своей продукции, которые заинтересовали такие известные компании как Hynix, Panasonic и HP. Массовое производство первых из них запланировано для встраиваемых систем.

Конечно, освоение новой технологии и массовое применение ее в новых устройствах не произойдет за год или два, но учитывая трудности в процессе дальнейшего использования традиционной NAND флеш-памяти, переход к новым видам микросхем неизбежен.

Напомним, что дальнейшее уменьшение техпроцесса производства NAND Flash влечет за собой потребность в увеличении ECC RAM-памяти, снижение срока службы ячеек, необходимость использования более сложных алгоритмов распределения информации между ячейками, потребность в большем количестве недоступной пользователю зарезервированной памяти и улучшенном контроллере.

Что же касается микросхем RRAM (также известных как ReRAM), то принцип их работы состоит в создании определенного сопротивления в ячейках памяти вместо непосредственного сохранения заряда в них. Именно величина этого сопротивления и используется для кодирования логических «0» и «1». При этом микросхемы ReRAM характеризуются меньшим рабочим напряжением, значительно высшим ресурсом записи и более компактными размерами.

Маленькие скрученные магниты позволят увеличить емкость HDD в 20 раз

Ученые Гамбургского университета разработали способ считывания и записи информации, используя скирмионы (skyrmions) – маленькие скрученные узлы с магнитными свойствами, которые были теоретически описаны в 1960-х годах британским физиком Тони Скирми (Tony Skyrme). По сути, они являют собой скрученный вихрь намагниченных атомов палладия.  При этом намагниченность атома определяется спином электрона – в зависимости от направления спина магнитный полюс располагается вверху или внизу атома. Традиционно, намагниченные атомы выравниваются в одном направление, но в скирмионах они формируют скрученный вихрь (как показано на рисунке).

В лабораторных условиях ученым удалось создать стабильные скирмионы из трехсот атомов (несколько нанометров), тогда как в традиционных ферромагнитных материалах HDD-накопителей размеры базовой ячейки должны составлять минимум десятки нанометров, в противном случае информация может быть утрачена.

В будущем, использование скирмионов позволит увеличить емкость накопителей до сотен терабайт или же изготовлять неимоверно компактные устройства объемом несколько терабайт. Однако в данный момент использование этих компонентов требует очень низких температур, поэтому промышленный выпуск нового поколения накопителей видится ученым не столь близким.

MSM-технология позволит создавать универсальные модули памяти

В данный момент мы сталкиваемся с несколькими видами памяти, каждый из которых играет свою роль в компьютерной системе, обладая преимуществами и недостатками. В частности, оперативная память работает на довольно высоких частотах, но для удержания информации требует постоянной подачи напряжения. Флеш-память позволяет сохранять записанную информацию и после отключения рабочего напряжения, но она работает значительно медленнее и имеет ограниченный ресурс использования. Традиционные HDD-накопители достаточно дешевы, но не могут похвастаться высокой производительность и обладают механическими компонентами, что приводит к уменьшению уровня надежности и наличию шума и вибрации в процессе работы.

Всех их в недалеком будущем могут заменить универсальные MSM-модули, основы разработки которых заложили специалисты Иерусалимского университета. В своих исследованиях они опирались на тот факт, что электроны, помимо собственного заряда, обладают и моментом импульса (спин), который обеспечивает им магнитные свойства. Пропускание электрического тока (то есть потока электронов) через определенные материалы приводит к созданию намагниченных наномагнитных слоев или наночастиц. Это и составляет основу технологии MSM-памяти (Magnetless Spin Memory), которая не требует использование постоянных магнитов.

В дальнейшем, созданные намагниченные наночастицы можно использовать в качестве универсальных модулей памяти, в которых каждая из них служит для запоминания бита информации. Потенциал данной технологии огромен – она позволяет создавать дешевые универсальные устройства на основе микросхем памяти с большим объемом и низким потреблением энергии.

Мониторы и дисплеи

LG создала самый тонкий дисплей для смартфонов с наибольшей плотностью размещения пикселей

Компания LG является одним из лидеров на рынке дисплеев, постоянно радуя нас не только обновленным модельным рядом своей продукции, но и разработкой инновационных решений. Одним из них стал 5,5-дюймовый LCD-монитор с разрешением 2560 х 1440 (Quad HD) и плотностью размещения 538 пикселей/дюйм, что существенно выше показателя 326 пикселей/дюйм у Apple iPone 5. При этом новинка от LG неимоверно тонкая – ее толщина всего 1,21 мм.

Ожидается, что новый дисплей будет использоваться в новом поколении фирменных смартфонов компании. А учитывая потребности рынка и широкие связи LG среди других компаний, нельзя исключать возможности появления конкурентных аналогов с использованием данного дисплея.  

E-Ink-дисплеи с беспроводным питанием через интерфейс NFC

Совместными усилиями специалистов компании Intel и ученых нескольких американских университетов было разработано любопытное устройство – NFC-WISP E-Ink Dislplay Tag, которое сочетает в себе 2,7-дюймовый E-Ink-дисплей, 0,5 МБ FRAM-памяти, компактную батарею, толщиной 0,17 мм и емкостью 1 мАч, а также ряд необходимых микросхем и контроллеров. Оно подключается к Android-смартфону и позволяет получать электроэнергию и данные беспроводным способом, используя интерфейс NFC.

Вполне возможным видится применение технологии NFC-WISP E-Ink Dislplay Tag в качестве второго дисплея (даже интегрированного в одном корпусе со смартфоном). Благодаря таким существенным преимуществам E-Ink-экранов как низкое энергопотребление и безопасность для глаз пользователя, второй дисплей послужит для чтения книг или документов при хорошем освещении, что убережет глаза пользователя от усталости, а батарею устройства – от быстрой разрядки.

Камеры

Sony разработала компактные камеры для смартфонов

Компания Sony разработала две уникальные компактные камеры Sony DSC-QX10 и DSC-QX100, которые созданы исключительно для владельцев смартфонов и планшетов. Новинки сочетают в себе сенсор, процессор Bionz, линзы, модуль Wi-Fi / NFC и слот для карты памяти. Но они лишены дисплея и элементов управления, поскольку эти компоненты будет обеспечивать подключенный через модули  Wi-Fi / NFC смартфон или планшет.

Известные характеристики новинок довольно впечатляющие. «Младшая» модель использует 1/2,3-дюймовый 18 Мп CMOS-сенсор с линзами f/3,3-5,9G и 10х зумом. Аналогичную конфигурацию использует фотоаппарат Sony WX150 с ориентировочной ценой $400.

«Старшая» версия оснащена 1-дюймовым 20,2 Мп Exmor R-сенсором с линзами f/1.8 Carl Zeiss, повторяя аппаратную комплектацию модели Sony RX100M2, ориентировочная цена которой составляет $600.

Ожидается, что решения Sony DSC-QX10 и DSC-QX100 будут представлены уже 4-ого сентября, а их цена буде несколько ниже соответствующих фотоаппаратов.

Соберите собственную камеру с набором Bigshot DIY camera kit

Проект под названием «Bigshot DIY camera kit» был разработан «на бумаге» в 2004 году профессором компьютерных наук Колумбийского университета города Нью-Йорка и с тех пор он прошел довольно длинный путь создания, тестирования, усовершенствования и, наконец, появился на прилавках магазинов по цене $89.

Bigshot DIY camera kit – представляет собой увлекательный конструктор для детей и взрослых, который позволяет путем несложных манипуляций собрать собственный фотоаппарат. При этом инструкция и дополнительные комплектные информационные материалы посвящают владельцев в тонкости работы каждого элемента и его функциональные обязанности. На сайте проекта присутствуют дополнительные материалы, касающиеся не только компонентов фотоаппаратов, но и основы создания композиционно правильных и качественных снимков.

Сама же камера Bigshot с размерами 129 х 72 х 40 мм оснащена 3 Мп сенсором, флеш-памятью для хранения приблизительно 120-ти JPEG-фотографий, LED-вспышкой, 1,4-дюймовым LCD-дисплеем и литий-полимерной батареей с зарядкой от порта USB. Новинка может делать панорманые, стереоскопические и широкоугольные снимки. Но чтобы запечатлеть любой кадр необходимо несколько раз прокрутить специальную ручку для генерации необходимой энергии. Как видим, новинка использует довольно интересный дизайн и станет как минимум оригинальным подарком.

Сети и коммуникации

Intel MXC – новая технология передачи данных с пропускной способностью 1,6 Тбит/с

Компания Intel анонсировала новую технологию передачи информации под названием «MXC», которую она в течение последних двух лет разрабатывала совместно с Corning. Intel MXC предназначена для обмена данными между серверами с использованием оптоволоконных линий. Она включает три ключевых компонента:

• новую оптоволоконную технологию Corning ClearCurve LW;
• компактный подключаемый трансивер;
• новый MXC-коннектор, который призван заменить уже привычный разъем RJ45.

Реализация технологии Intel MXC позволяет повысить скорость передачи информации до 1,6 Тбит/с. Для сравнения: на сегодняшний день актуальными стандартами есть 40 GbE и 100 GbE с пропускной способностью 40 Гбит/с и 100 Гбит/с соответственно. А к 2017 году IEEE обещает завершить подготовку стандарта 400 GbE (400 Гбит/с). Как видим, совместная разработка компаний Intel и Corning существенно опережает актуальные стандарты. Ожидается, что уже в рамках ближайшей выставки IDF13, которая пройдет с 10-го по 12-е сентября текущего года, мы узнаем более подробную информацию о технологии Intel MXC и ориентировочных сроках ее коммерческого использования.

Калейдоскоп

Haptix Multitouch Reinvented позволяет использовать любую поверхность для сенсорного управления

Стартап-компания Haptix обратилась к посетителям сайта Kickstarter за помощью в финансировании своего проекта с рабочим названием Haptix Multitouch Reinvented. Это устройство позволяет превратить любую поверхность в сенсорную для управления компьютером. Оно распознает даже базовые жестовые команды и может корректно работать, если руки пользователя подняты над поверхностью. В таком случае средний палец интерпретируется системой в качестве курсора, указательный – клик левой кнопки мыши, безымянный – нажатие правой кнопки мыши. А для дизайнеров и любителей компьютерной графики Haptix Multitouch Reinvented может полностью заменить графический планшет.

В основе новинки находятся две камеры с CMOS-сенсорами и разрешением 640 х 360, а также специальный контроллер, который анализируя полученное изображение, интерпретирует его в соответствующие команды. В данный момент все действия необходимо осуществлять непосредственно в пределах угла видимости камер (120°), который разработчики обещают увеличить до 150°. А подключение новинки к ПК реализовано через порт USB 2.0.

Отметим, что пользователям Kickstarter идея понравилась, и они уже полностью профинансировали проект, поэтому в феврале следующего года новинка должна появиться в продаже по ориентировочной цене $65.

Disney Research разработала технологию, обеспечивающую тактильную обратную связь в воздухе

Системы жестового управления функциями компьютера (включая игровой процесс) на основе глубинных камер, технологии отслеживания движений пользователя и других методов становятся все более популярными. Но при этом они не обеспечивают тактильной обратной связи на действия пользователя.

Исправить ситуацию может новая разработка компании Disney Research под названием «AIREAL». Благодаря камере и нескольким сервомоторам новинка может следить за действиями пользователя и направлять в его сторону кольца воздуха, которые соприкасаясь с ладонью или другими участками тела, создают иллюзию тактильной обратной связи. При этом система может подстраивать частоту выпускаемых колец воздуха под специфику работы определенной программы или игры, имитируя различные эффекты.

Разработчики утверждают, что AIREAL можно масштабировать до нужного размера, поэтому его применение возможно в компьютерах, игровых консолях и мобильных устройствах.  

Sigmo представила универсальный мобильный переводчик

Стартап-компания Sigmo представила демо-версию своего продукта – универсального переводчика с поддержкой технологии Speech-to-speech и 25-ти языков. Его дизайн очень прост: компактная коробочка с двумя кнопками для выбора направления перевода с учетом используемых в процессе диалога языков. А внутри находится микрофон, динамик, модуль Bluetooth и ряд компонентов системной логики.

Принцип работы устройства Sigmo довольно прост, но при этом он требует наличия Android- или iOS-устройства, а также доступа к интернет-сервисам, которые и выполняют перевод соответствующих фраз. Для подготовки новинки к работе необходимо подключить ее к смартфону (или планшету) и выбрать требуемые языки.

В первую очередь новинка создана для туристов, но в дальнейшем разработчики обещают усовершенствовать качество перевода и добавить оффлайновый режим работы.

IKEA разработала уникальный каталог своей продукции

Компания IKEA использовала возможности современных Android / iOS планшетов и смартфонов для создания интерактивного каталога своей продукции. Используя камеру мобильного устройства и соответствующую программу с каталогом IKEA, становится возможным увидеть реальное расположение интересующей мебели в доме пользователя. Это позволяет оценить, насколько выбранная новинка подходит по размерам и гармонично ли она вписывается в интерьер, не выходя из дома.

Автор: Сергей Будиловский

При подготовке обзора были использованы материалы из сайтов XbitLab, ExtremeTech, PhysORG, Technewsworld, Softpedia и Newscientist.