Nemačkej a ušetříš  
Tranzistory v moderních procesorech jsou skutečně pod tlakem, a to velkým. Díky tomu pracují rychleji, ale mají i větší ztráty. Co je zmáčknout jenom když to bude potřeba a jinak jim dát relax? Ušetříme a celkem dost.

 

Piezoelektrické tranzistory
Jak už je psáno v perexu, moderní čipy vylepšují svoji výkonnost tím, že jsou do nich zataveny tranzistory pod velmi vysokým tlakem, 10 000 atmosfér. Tento tlak působí na křemík z jedné strany pozitivně, proto6e zvyšuje jeho vodivost, když je tranzistor sepnut, ale zároveň to také zvyšuje proudové ztráty. Kromě energetické náročnosti, které obzvláště v moderních tabletech a smartphonech snižuje výdrž baterie, je zde i přeměna proudu na teplo a tím pádem další nároky na chlazení výkonných zařízení.

 

Tom van Hemert z univerzity v holandském Twente ve své dizertační práci přišel s koncepcí piezoelektrických tranzistorů. Piezoelektrický jev nastává ve speciálních krystalech, je to schopnost generovat elektrické napětí při stlačení a naopak, v elektrickém poli nastane zvětšení objemu krystalu. A právě s tímto principem pracuje van Hemert ve své práci. Navrhuje uzavřít tranzistor do sendviče mezi dva piezo krystaly, které tranzistor zmáčknou pouze v okamžiku, kdy je to potřeba, jinak ho ponechají bez tlaku. Podle výpočtu by potom mělo stačit k jeho sepnutí místo stávajících 60mV jenom 50mV, což je dosti podstatný rozdíl i úspora.

 

Zvětšit obrázek
Elektrický proud procházející tranzistorem převádí plátek křemíku. V úsporném tranzistoru je sevřený mezi dvě vrstvy piezoelektrického materiálu (znázorněno červeně). Křemík je modře. Kredit: University of Twente

Van Hermet nyní stojí na samém počátku výzkumu, dalším krokem bude hledání partnera, který by dokázal vyrobit zařízení osazené piezo tranzistory. To nebude snadné, jednak kvůli práci s novým druhem materiálu v rámci fyzické konstrukce obvodu, bude třeba vyřešit i přívody napájení piezo krystalů a jejich včasnou aktivaci. To vše si vyžádá velmi podstatné zásahy do současné koncepce obvodů, takže i potencionálně velké investice při přechodu na sériovou výrobu. Teprve budoucnost tedy ukáže, jestli předpokládané úspory v provozu zařízení vyváží náklady na vyvinutí nové technologie. V každém případě jde ale o velmi zajímavý nápad, který by neměl zapadnout, třeba bude užitečný pro kosmický výzkum a vojenské projekty, kde se počítá s každou desetinkou voltu a ampéru.

 

Zdroje:

 http://cs.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrick%C3%BD_jev  
http://www.utwente.nl/en/archive/2013/12/squeezing-transistors-really-hard-generates-energy-savings/


 

Autor: Martin Tůma
Datum: 12.12.2013 16:27
Tisk článku

Od jantaru k tranzistoru - Heřman Josef
 
 
cena původní: 296 Kč
cena: 278 Kč
Od jantaru k tranzistoru
Heřman Josef
Související články:

Tekuté tranzistory jsou předzvěstí kapalných počítačů     Autor: Stanislav Mihulka (10.11.2017)
Wolverine inspiroval průhledné a regenerující umělé svaly     Autor: Stanislav Mihulka (29.12.2016)
Nejmenší tranzistor světa má 1 nanometrové hradlo     Autor: Stanislav Mihulka (11.10.2016)
Vývojáři předvedli první mikročip, který ultrarychle komunikuje světlem     Autor: Stanislav Mihulka (24.12.2015)
Michiganské mikrosmítko, nejmenší počítač na světě     Autor: Stanislav Mihulka (12.04.2015)



Diskuze:

ad stlačování v rytmu procesoru

Pavel Brož,2013-12-14 16:22:18

Takhle, ono zde jde o využití konverzního piezoelektrického jevu, zatímco přímý piezoelektrický jev pracuje tak, že aplikujete mechanickou sílu na piezoelektrický materiál, a výsledkem je vznik napětí na tomto materiálu, zatímco ten konverzní funguje obráceně, aplikujete na piezoelektrický materiál napětí, a výsledkem je deformace, a právě ta je zde žádaná. Často se ale oba dva jevy označují stejným termínem, piezoelektrický jev, je ale nutné mít na paměti, že ve skutečnosti oba dva jevy implikují naprosto odlišné aplikace.

Konverzní piezoelektrický jev se užívá asi nejčastěji v ultrazvukové technice, např. v ultrazvukových čističkách a jiných podobných zařízeních. Pokušel jsem se hledat nějakou maximální frekvenci či nějakou typickou relaxační dobu, kterou piezoelektrický materiál potřebuje ke své deformaci, nenašel jsem, nicméně pro specialisty z oboru pevných látek toto nebude problém, určitě ty charakteristické relaxační doby znají či je umí rychle najít.

Zatím si ale myslím, že podle všeho nepůjde o deformace v rytmu toho procesoru, což jsou u dnešních procesorů zlomky miliardtin vteřiny. U toho ultrazvuku jde o deformace řádově ve stotisícinách vteřiny, tam reálné aplikace existují, ale aplikace pracující s ještě desettisíckrát kratší dobou jsem nenašel (to samozřejmě neznamená, že neexistují). Každopádně si ale myslím, že to stlačování bude pracovat spíše podobně, jako pracují různé tzv. turbo režimy u některých procesorů - při malém zatížení se flákají a snižují svůj takt, či se dokonce úplně vypínají, zato při požadavcích na velký výkon se přepnou na maximální takt a jedou naplno. Kromě toho si myslím, že zapínání toho konverzního piezoefektu v taktech řádově miliardtin vteřiny by ve skutečnosti sežralo násobně více energie, než ušetřilo na té spotřebě.

Odpovědět


špatně zařazeno

Pavel Brož,2013-12-14 16:23:38

omlouvám se, mělo být zařazeno jako odpověď na komentář pana Jahody.

Odpovědět

To je zajimave.

Martin Jahoda,2013-12-12 22:48:49

A to včasne buzení tranzistorů by vlastně nemusel být tak velký problém. Všechny děje v procesorech přece probíhají v taktech tak by se prostě ve stejnem rytmu spouštělo i to piezo. Sice by to stlačení nebylo zrovna všude potřeba ale to by nemuselo zase tak vadit, ušetří se na složitosti konstrukce a budičů pro pieza.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni














Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace