Журнал «Компьютерра» №27-28 от 26 июля 2005 года

Журнал Компьютерра

Первые успешные эксперименты были проведены на остриженных ногтях, и сейчас ученые работают над компьютерной системой компенсации непроизвольных движений пальца, которая позволит вести запись «вживую».
– Г.А.

Сегодня мой пентиум не в духе

К любопытным выводам пришли французские ученые из Национального исследовательского института информации и автоматизации

в Орсэе. По их мнению, современные процессоры, содержащие от нескольких десятков до нескольких сотен миллионов транзисторов, которые взаимодействуют друг с другом по весьма запутанным схемам, своим поведением скорее напоминают случайную, плохо предсказуемую погоду, а вовсе не однозначный, строго детерминированный автомат.

Чтобы исключить всякое влияние физических процессов в электронных цепях чипа и собрать побольше статистики, ученые взяли не реальный чип, а процессорный симулятор SimpleScalar, с помощью которого сегодня моделируется и отлаживается архитектура более половины разрабатываемых процессоров. На симуляторе гоняли программы из популярного бенчмарк-пакета Spec 2000 и наблюдали за поведением трех основных параметров производительности выбранной архитектуры: среднего числа выполненных инструкций за такт, а также числа промахов при обращении к кэш-памяти первого и второго уровней.

Собранные данные были проанализированы с помощью статистических методов, применяющихся в нелинейной динамике. Эти методы позволяют обнаружить хаотическое, неустойчивое поведение сложных систем, которое характерно, например, для математических моделей, описывающих процессы в атмосфере. Поведение таких даже строго детерминированных систем в принципе плохо предсказуемо, результаты расчетов очень чувствительны к начальным данным, и поэтому описание и сравнение подобных систем требует специальных методов.

Анализ показал, что поведение процессора сильно зависит от выполняющейся на нем программы. Если, скажем, программа для численного решения уравнений в частных производных демонстрировала регулярную, периодическую динамику, то архиватор и особенно программа компоновки микросхем вели себя шумно и хаотически. Время их выполнения плохо предсказуемо и сильно зависит от начального состояния процессора, то есть от того, что он считал перед этим. Поэтому даже для простого сравнения производительности разных процессоров нужны специальные методы усреднения, развитые в нелинейной динамике. Что уж говорить о субъективных ощущениях людей, которые воспринимают компьютер скорее как норовистое и непредсказуемое живое существо, нежели совокупность бездушных железок. Теперь эти смутные ощущения получили вполне строгое научное обоснование.
– Г.А.

Экситон в упряжке

Важного результата, который может привести к появлению принципиально новых экситонных чипов, достигла объединенная команда исследователей из Питсбургского университета и Лаборатории Белла, входящей в состав фирмы Lucent Technologies. Ученым впервые удалось в миллион раз увеличить время жизни экситонов и заставить их перемещаться на сотни микрон, чего уже достаточно для создания фотонных триггеров и ряда других приложений.

Экситонами называют специфические, похожие на атом квазичастицы, которые состоят из отрицательно заряженного электрона и положительно заряженной дырки. В определенных условиях экситон возбуждается в полупроводнике при поглощении фотона и может «аннигилировать», излучая фотон. Мигрируя по полупроводнику, экситоны, как и фотоны, переносят энергию, но не переносят заряд и массу. Однако у них, как и у электронов в полупроводнике, есть так называемая эффективная масса, поэтому экситоны иногда величают «тяжелыми фотонами».

Обычно экситон живет всего-навсего одну триллионную секунды и за это время успевает переместиться лишь на несколько микрон, из-за чего их никто и не пытался использовать. Однако теперь ученым удалось вырастить специальную двухмерную полупроводниковую структуру с квантовыми ямами, в которой экситоны живут до тридцати микросекунд и могут за это время пройти расстояние до миллиметра. Успеха удалось добиться благодаря «растяжению» частиц с помощью электрического поля.

Возможность управлять экситонами на больших дистанциях позволит создать электронно-фотонные чипы принципиально нового типа. Можно, например, преобразовать фотон непосредственно в экситон, переместить его в нужное место, а затем вновь излучить фотон. Так можно изготовить быстрые оптические переключатели, ячейки оптической памяти и другие устройства.

Все сегодняшние электронные схемы основаны на управлении движением электронов, и использование вместо них экситонов в перспективе может привести к созданию удивительнейших устройств с параметрами, о которых можно было только мечтать. Однако пока ученые лишь в самом начале долгого пути.
– Г.А.

Новости подготовили

Галактион Андреев

[[e-mail]]

Тимофей Бахвалов

[[e-mail]]

Сергей Борисов

[[e-mail]]

Артем Захаров

[[e-mail]]

Денис Зенкин

[[e-mail]]

Евгений Золотов

[[e-mail]]

Бёрд Киви

[[e-mail]]

Денис Коновальчик

[[e-mail]]

Антон Шириков

[[e-mail]]

Микрофишки

Записи грандиозных концертов Live 8, прошедших 2 июля во всех странах «Большой восьмерки» и приуроченных к ежегодному саммиту G8, появились на DVD в течение суток после окончания выступлений. Тысячи британцев выставили на eBay диски с телетрансляцией лондонского концерта Pink Floyd, U2, Мадонны и др. Федерация музыкальных лэйблов BPI тут же выразила протест, и не удивительно: официальный-то DVD ожидается только в ноябре.
– А.Ш.