МИКРОПРОЦЕССОР RV16X-NANO

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается развитие технологий микропроцессоров. Представлен новейший микропроцессор RV16XNano, его архитектура и принцип работы. Итогом работы является призыв расширить исследования в сфере инновационных технологий.

Ключевые слова: микропроцессор, технологии, устройство, компьютер, информация, наука.

Современные технологии плотно вошли в нашу жизнь, и имеют огромное значение для человека. Сейчас довольно сложно найти того, кто не использовал бы компьютеры, планшеты и телефоны. Потребности покупателей с каждым годом возрастают, и техника должна удовлетворять их желаниям, поэтому компании ведут непрерывную работу, совершенствуя свою продукцию, а также создавая новые технологии. Величайшие умы человечества трудятся над созданием уникальных микропроцессоров, которые позволили бы вывести вычислительную технику на новый уровень. Так что же такое микропроцессор? Какие функции он выполняет? И почему микропроцессор RV16XNano является прорывом в техническом мире?

Микропроцессор – это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управления процессом этой обработки, выполненное на одной или нескольких интегральных схемах с высокой степенью интеграции электронных элементов. Другими словами, микропроцессор – это «мозг» любого компьютера или другого высокотехнологичного устройства. Микропроцессор является центральным устройством, которое отвечает за обработку данных и выполняет практически все вычисления и, конечно же, является одним из самых дорогостоящих элементов компьютеров.

Микропроцессор является универсальным устройством для выполнения программной обработки информации, которое можно использовать в разных сферах человеческой деятельности. Используя машинные инструкции, он сообщает процессору, какую команду следует выполнить. Выделяют три основных функции микропроцессора:

1. Обработка и вычисление математических, логических, символьных операций, которые появляются в ходе взаимодействия с компьютером, то есть микропроцессор выступает в роли арифметико-логического устройство. Микропроцессоры нового поколение способны выполнять не только сложение, вычитание, умножение и деление, а также сложные операции, связанные с вычислениями.
2. Управление и координация взаимодействия компонентов персональных компьютеров. Микропроцессор взаимодействует не с одним устройством поочередно, а со всеми сразу – оперативная память, мышки, клавиатуры и наушники, подключаемые к компьютеру и прочие.
3. Хранение различных команд, действий и данных, которые увеличивают скорость обработки информации, а также экономят время выполнения вычислений, то есть микропроцессор может перемещать данные из одного места памяти в другое, тем самым отпадает нужда высчитывать один и тот же пример несколько раз, ведь ответ уже храниться в определенной ячейки памяти.

История микропроцессоров началась в 1969 году, когда компания Nippon Calculating Machine, занимающиеся производством калькуляторов, заказала у компании Intel 12 микросхем, которые должны были использовать в первых настольных калькуляторах. Такие микросхемы имели узкую область функционирования и предназначались для определенной работы, поэтому для каждого нового применения приходилось создавать весь набор микросхем заново. Такое производство было слишком невыгодно, поэтому один из инженеров предложил руководству уменьшить число микросхем, используя центральный процессор. В этом случае процессор выступает в виде арифметико-логического устройства, что позволяет использовать одну микросхему вместо нескольких.

В ноябре 1971 года компания Intel выпускает первый микропроцессор Intel-4004, реализованный на одном кристалле функции процессора. Он был не таким мощным, и мог только складывать и вычитать, но имел одну особенность, был сделан на одном чипе. В то время инженеры производили процессоры либо из нескольких чипов или из дискретных компонентов, микропроцессор Intel-4004 стал настоящим прорывом. И с тех пор началась гонка между компаниями, каждая пыталась создать микропроцессор лучше, чем у конкурентов.

С каждым годом функционал микропроцессоров увеличивался, а размер менялся, но удивить кого-либо этим не получалось. Стало понятно, что современная компьютерная индустрия находиться на гране своих возможностей в создании кремниевых транзисторов, и не удастся создать еще более эффективный и миниатюрный микропроцессор. В 2013 году исследователи из Массачусетского технологического института и специалисты известной компании Analog Devices представили миру первый нанотрубочный процессор, который содержал 178 транзисторов и даже выполнял однобитовые логические операции. Микропроцессор произвел впечатление, и ученые не стали останавливаться на полпути. Спустя несколько лет ученые и специалисты проекта создали первый, полностью программируемый 16-разрядный микропроцессор на углеродных нанотрубках. Сложность данной разработки заключается в том, что группе исследователей нужно было воплотить в жизнь три различные и абсолютно новые технологии.

Первой технологией является изготовление поверхности подложки и метод нанесения нанотрубок на поверхность, ведь если отдельные нанотрубки у поверхности будет сильнее, чем их скопление в целом, то это может испортить весь процесс. Поэтому, основание микропроцессора обрабатывается специальным слоем, который создает маску для конкретного распределения нанотрубок. В конечном результате, при помощи процесса отмывки, убираются все нежелательные и некорректные нанотрубки.

Вторая технология заключается в частоте размещение двух типов нанотрубок. В процессе изготовления углеродных нанотрубок, создается два типа трубок: металлические и полупроводящие, в случае изготовления схемы только с использованием металлических трубок, потребуется большее количество энергии, а уровень сигналов в ней возрастет, поэтому ученым потребовалось немало времени для разработки такой цепи конфигурации, которая не зависела бы от частоты нанотрубок.

Третья технология связана с созданием из нанотрубок транзисторов. Если в первом микропроцессоре было 178 транзисторов, то в RV16X-NANO их уже 15 тысяч, и все они имеют разные типы. Процесс изготовления транзисторов происходит при низкой температуре, поэтому они крепятся поверх слоя соединительных проводников, что позволяет освободить пространство чипа и создать систему меньшего размера.

Таким образом, две первые технологии решают проблему чистоты и однородности углеродных нанотрубок, а третья технология позволяет создавать транзисторы n-типа и p-типа непосредственно на микросхеме.

Микропроцессор RV16X-NANO основан на RISC-V архитектуре.  RISC-V архитектура – это открытая и свободная система команд, созданная в 2010 году в Калифорнийском университете. Команды непосредственно связаны с арифметическими вычислениями. Первой программой микропроцессора, на RISC-V архитектуре стала модифицированная версия классической программы "Hello, World!"

RV16X-NANO ещё не готов свергнуть кремниевые чипы с пьедестала основы современной электроники. Специалистам предстоит ещё много работы по совершенствованию характеристик новой технологии, а пока она работает на уровне кремниевых чипов 1980-х годов. Транзисторы из углерода переключаются около миллиона раз в секунду, в то время как их кремниевые конкуренты делают это миллиарды и даже сотни миллиардов раз в секунду. Пока что этого достаточно лишь для решения элементарных заданий, например, для выполнения программы «Hello, world!». Специалисты из Массачусетского технологического института уверены, что углерод – весьма перспективный материал для изготовления транзисторов. Чтобы добиться более высоких показателей эффективности, учёным необходимо работать над уменьшением размера нанотрубок. Минимизация сопротивления позволит значительно повысить проводимость материала и добиться прироста скорости переключения транзисторов. Кроме того, будет не лишним решить проблему хаотического разброса нанотрубок: упорядочивание их структуры также положительно отразится на работе транзисторов.

Таким образом, микропроцессор играет роль процессора в различных системах назначения. Это могут быть системы обработки информации, системы управления объектами и процессами, информационно-измерительные системы и другие виды систем, которые используют в промышленности, бытовой технике, аппаратуре связи и многих других областях применения.

Список литературы:

1. RV16X-NANO: первый чип с транзисторами на углеродных нанотрубках [Электронный ресурс]. URL: https://knowhow.pp.ua/rv16x-nano-with-carbon-nanotubes/
2. Как это работает: микропроцессор [Электронный ресурс]. URL: https://trashbox.ru/topics/57004/kak-eto-rabotaet-mikroprocessor
3. RV16X-NANO - первый 16-разрядный программируемый процессор на углеродных нанотрубках [Электронный ресурс]. URL: https://industry-hunter.com/rv16x-nano-pervyj-16-razradnyj-programmiruemyj-processor-na-uglerodnyh-nanotrubkah
4. Создан 16-разрядный программируемый процессор на углеродных нанотрубках - RV16X-NANO [Электронный ресурс]. URL: https://a-contract.ru/publikacii/sozdan-16-razrjadnyi-programmiruemyi-processor-na-uglerodnykh-nanotrubkakh-rv16x-nano/