Žmonių svajonės apie mobiliuosius prietaisus, kurie veiktų ilgiau ir būtų lengvesni su lengvesnėmis ir plonesnėmis baterijomis, gali būti išpildytos. Ilinojaus universiteto inžinieriai sukūrė labai mažai galios naudojantį skaitmeninės atminties variantą, kuris yra greitesnis ir naudoja apie šimtą kartų mažiau energijos nei kita panaši atmintis.
Žmonių svajonės apie mobiliuosius prietaisus, kurie veiktų ilgiau ir būtų lengvesni su lengvesnėmis ir plonesnėmis baterijomis, gali būti išpildytos.
Ilinojaus universiteto inžinieriai sukūrė labai mažai galios naudojantį skaitmeninės atminties variantą, kuris yra greitesnis ir naudoja apie šimtą kartų mažiau energijos nei kita panaši atmintis. Naujoji technologija ateityje galėtų būti pritaikyta kuriant naujus nešiojamus įrenginius, kuriuos reikėtų žymiai rečiau pakrauti.
Mokslininkų grupė, vadovaujama Eriko Popo (Eric Pop), savo darbo rezultatus atspausdino žurnale „Science“.
„Manau, kad kiekvienas, kuris vargsta su krūva pakrovėjų kiekvieną vakarą, pageidautų mobiliojo telefono ar nešiojamojo kompiuterio, kurio baterijos veiktų mėnesius ar bent savaites“, – sakė Popas.
Dabartiniuose mobiliuosiuose prietaisuose yra naudojama „flash“ atmintis, kurioje informacijos bitai saugomi elektros krūvių pavidalu, o tai reikalauja didelės programavimo įtampos ir pats procesas yra santykinai lėtas. Pramonė yra pasiūliusi ir kitą alternatyvų atminties tipą – fazę keičiančias medžiagas (FPM, angl. phase-change materials), kurios yra greitesnės, bet naudoja daugiau galios. FPM atmintyje bitas saugomas varžos, kuri yra valdoma, pavidalu.
Popo grupė sumažino vieno bito naudojamą galią šimtą kartų lyginant su dabartine FPM atmintimi. Tai jiems pavyko padaryti einant paprastu keliu – sumažinus įrenginio dydį.
Vietoje metalinių laidų, kurie standartiškai naudojami pramonėje, mokslininkų grupė naudojo anglies nanovamzdelius, tai yra mažyčius vamzdelius, kurie yra tik kelių nanometrų skersmens, o tai yra apie 10 000 kartų ploniau už žmogaus plauką.
„Energijos suvartojimas mažėja atitinkamai kiek mažiau skiriama vietos atminties bitui, – pasakė grupėje dirbantis studentas Fengas Xiongas, kuris taip pat yra pirmas straipsnio autorius. – Panaudodami nano matmenų kontaktus, galime pasiekti žymiai mažesnes energijos sąnaudas.“
Keturi bitai, esantys įvairiose įjungtose ir išjungtose būsenose. Bitai pagaminti iš fazę keičiančios medžiagos bei dešimties nanometrų skersmens anglies nanovamzdelių elektrodų. Programavimo srovė yra apie šimtą kartų mažesnė nei naudojama dabartiniuose prietaisuose.
Tam, kad sukurtų atminties bitą, mažas kiekis FPM yra patalpinamas į nano dydžio plyšelį, sukurtą anglies nanovamzdelio viduryje. Bitas įjungiamas ir išjungiamas, leidžiant nanovamzdeliu silpną elektros srovę.
„Anglies nanovamzdeliai yra mažiausi žinomi elektriniai laidininkai, – pasakė Popas. – Jie yra netgi geresni, nes jų neveikia ligos, būdingos metaliniams laidams. Svarbu ir tai, kad FPM veikiantis kaip atminties bitas, yra apsaugotas nuo atsitiktinio atminties ištrynimo, kai paveikiamas skeneriu ar magnetu.“
Mažai galios naudojantys FPM bitai gali būti pritaikyti dabartiniuose prietaisuose siekiant padidinti baterijų gyvavimo trukmę. Šiuo metu telefonai naudoja apie vieną vatą energijos, o nešiojamiesiems kompiuteriams reikia daugiau nei dvidešimt penkių vatų. Dalis energijos reikalinga prietaiso ekrano apšvietimui, bet daugiausia suvartoja atmintis ir operacijos su ja.
„Kiekvieną kartą, kai jūs paleidžiate programą ar išsaugote MP3 failus ar vaizdo medžiagą, tai naudoja baterijose esančią energiją, – pasakė Albert Liao, vienas iš straipsnio bendraautorių. – Atmintis ir procesorius sunkiai dirba atkurdami duomenis. Kai žmonės naudoja telefonus skambinimui ir naudoja juos duomenų apdorojimui, tai energijos sąnaudos yra svarbios.“
Popas tiki, kad patobulinus prietaisų ekranų technologijas ir naudojant nanovamzdelių FPM atmintis, „iPhone“ telefonų energijos sąnaudos sumažėtų. Prietaisas veiktų ilgesnį laiką su mažesnėmis baterijomis, ir net, galbūt, būtų galima panaudoti šiluminę, mechaninę ar net saulės energiją, kad iš viso nebereikėtų krauti prietaisus iš tinklo.
„Mūsų tyrimo tikslas nesisieja tik su mūsų kišenių turinio palengvinimu, – pasakė Popas. – Tai yra svarbu bet kam, kam reikia baterijų, pavyzdžiui palydovams, telekomunikacijos įrenginiams nutolusiose vietovėse, ar kitiems moksliniams ar kariniams taikymams.“
Be abejo, labai mažos energijos sąnaudos gali stipriai sumažinti duomenų saugojimo ir skaičiavimų centrų išlaidas. Maža energija leistų nanovamzdelių pagrindu veikiančias grandines jungti į grupes, gaminant tūrines atmintis, nes nebūtų problemų, susijusių su perkaitimu.
Grupė pagamino ir ištyrė iki šiol keletą šimtų bitų ir planuoja sujungti didelį skaičių atminties bitų, veikiančių kartu. Planuojama pasiekti didesnį duomenų tankį, naudojant gudresnį programavimą, kai kiekvienas fizinis FPM bitas galėtų saugoti du atminties bitus, kas vadinama multibitine atmintimi.
Grupė dirba toliau siekdama sumažinti suvartojamos energijos sąnaudas duomenų saugojimui. „Nors mums ir pavyko naudojant šias technologijas energijos sąnaudas sumažinti šimtą kartų, bet dar nepasiekta fizikinė riba. Riba dar nėra išbandyta. Manau, kad dar įmanoma sąnaudas sumažinti apie dešimt kartų, lyginant su dabartiniais mūsų grupės pasiekimais“.
