28 Νοε 2011

Μικροεπεξεργαστές: Έρχεται το τέλος τους;

Gordon Moore: "Τα απαιτούμενα τρανζίστορς μέσα στα τσιπς των κομπιούτερς θα διπλασιάζονται κάθε δυο χρόνια"

Μικροεπεξεργαστές - Μια απλοποιημένη Ανάλυση

Μικροεπεξεργαστης - Είναι η "καρδιά" του computer καθώς και όλων των ηλεκτρονικών ειδών. Σχεδιάζεται από τον προγραμματιστή - Αρχιτέκτονα βάσει του ειδικευμένου προγράμματος που κατασκεύασε στον Υπολογιστή του, το οποίο υλοποιείται σε απτό αντικείμενο, από τους κατασκευαστές Μηχανικούς επάνω σε μαλακή σιλικόνη μέσω σειρών διάτρητων μασκών - που όπως προελέχθη, σχεδίασε ο αρχιτέκτων του σχεδίου του μικροεπεξεργαστή.
Ειδικά οι μικροεπεξεργαστές, σήμερα φτιάχνοναι με διαστρωματώσεις έως και δέκα διαφορετικών σχεδίων, που κατασκευάζονται πάνω σε "καλούπια", φόρμες - η ειδική ονομασία τους είναι Μάσκες που διαστρωματώνουν παράλληλα —κατά ύψος) τη κυλινδρική σιλικόνη.
Από κει και  η ονομασία - στο Λος Άντζελες, όπου εδρεύουν όλες οι εταιρείες κομπιούτερ και πληροφορικής, σαν "Κοιλάδα Σιλικόνης" (Silicon Valley).

Στην Intel η οποία είναι η πρωτοπόρος βιομηχανία επεξεργαστών - για παράδειγμα, υπάρχουν τρεις σειρές ειδικών επιστημόνων που ασχολούνται με την κατασκευή επεξεργαστών και μικροεπεξεργαστών: Χημικοί κυρίως, που διαμορφώνουν τη σιλικόνη για να μπορεί να διαπερνάται από τα ηλεκτρόνια, Μηχανικοί Σχεδίων και οι Κατασκευαστές Σχεδίων - εκείνοι δηλαδή που θα υλοποιοιήσουν το αρχικό σχέδιο. Οι χημικοί κατασκευάζουν το υλικό της σιλικόνης - το πως πρέπει να είναι για την κατασκευή, σε τι αναλογίες (σύσταση του μείγματος), τα συστατικά μέρη για να δεχτεί η κάθε στρώση 3 δις τρανζίστορς.

Οι σχεδιαστές (αρχιτέκτονες) φτιάχνουν το σχέδιο στο κομπιούτερ που βασίζεται στήν Άλγεβρα Μπουλ.
Η Άλγεβρα αυτή είναι αντίθετη με την ήδη γνωστή έχει δικούς της κανόνες 1+1=1 και όχι 2, 1+0=0 και όχι 1 όπως ξέρουμε από την Συμβατική Άλγεβρα του Σχολείου. Κατόπιν έρχεται η σειρά των κατασκευαστών (μηχανικών) (Σχολή Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών Πολυτεχνείου, ειδίκευση στο τσιπ - του μικροεπεξεργαστή): Υλοποιούν το σχέδιο με όλες τις λεπτομέρειες του Αρχιτέκτονα Σχεδίου - (Δεν υπάρχει εδώ Σχολή, πρέπει να πάει κανείς στο Εξωτερικό), που βασίζεται στην Άλγεβρα Μπουλ, υλοποιοιώντας το με βομβαρδισμό ηλεκτρονίων - για να δημιουργηθούν στη σιλικόνη οι τρύπες από το καλούπι.
(Ας πούμε είναι οι Μηχανικοί που κτίζουν το κτίριο πάνω στο σχέδιο του Αρχιτέκτονα του κτιρίου).
Microprocessor - Intel
Αυτή η κατασκευή αποτελείται από πολλά επίπεδα - ορόφους ας πούμε. Κάθε επίπεδο σιλικόνης όπου αποτυπώνεται "η μάσκα" είναι διαφορετικό. Η μαλακή σιλικόνη (πρώτη ύλη) αρχικά κατασκευάζεται σαν ρολό. Κόβεται σε φέτες όπου ανάμεσα περνάνε οι μάσκες με τα διαφορετικά σχέδια των αρχιτεκτόνων. Το μέγεθος του μικροεπεξεργαστή είναι σα το νύχι του μικρού δαχτύλου και έχει σήμερα ως δέκα πατώματα - τουλάχιστον για τους εξελιγμένους υπολογιστές.

Αυτό το τμήμα με τις επάλληλες στρώσεις από τα σχέδια το στέλνουν σήμερα από την Intel στην Ιαπωνία. Το υλικό συμπεριλαμβάνει τα σχέδια, τις μάσκες και τη πρώτη ύλη - τη ειδικά κατασκευασμένη σιλικόνη. Συνοδεύεται φυσικά με τους υπεύθυνους μηχανικούς της Ιντέλ που θα επιβλέπουν τη κατασκευή.
Γιτί άραγε εκεί; Διότι στην Ιαπωνία υπάρχουν οι καλύτεροι φακοί! Η σύνθεση λοιπόν με τα παράλληλα στρώματα σιλικόνης και μασκών, "βομβαρδίζεται" με ηλεκτρόνια. Μετά από τη διαδικασία αφαίρεση των μασκών, στερεοποιείται. Παλιότερα το έκαναν αυτό με ακτίνες λέιζερ αλλά σήμερα διαπερνούν το υλικό της σιλικόνης με ηλεκτρόνια, γιατί η σχεδίαση των πυρήνων των επεξεργαστών (μικροεπεξεργαστές), απ' όπου θα περάσει το ηλεκτρικό ρεύμα που θα ενεργοποιήσει τις εντολές γίνεται συνθετότερη - αφ' ενός, όλο και με περισσότερες τρύπες απ' όπου περνούν τα τρανζίστορς του ρεύματος,
αφ' ετέρου, για την εξουδετέρωση της παραγόμενης θερμότητας λόγω των πολλαπλών διαύλων των τρανζίστορς.
Ο μικροεπεξεργαστής "ζωντανεύει" με το ρεύμα. Κάθε εντολή στο πληκτρολόγιο, οποιαδήποτε κίνηση στον υπολογιστή, περνάει από τον μικροεπεξεργαστή με το ηλεκτρικό ρεύμα μέσω των τρανζίστορς (transistors).

Πληροφορίες άρθρου: Η. Κ. Κ. Φοιτητής, Τμήμα "Αρχιτεκτόνων Μικροεπεξεργαστών Υπολογιστών - ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, Αγία Παρασκευή

Το σχέδιο του αρχιτέκτονα - μηχανικού του μικροεπεξεργαστή είναι απλοποιημένο όσο γίνεται με τη μέθοδο Μπουλ για να γίνεται αντιληπτό από τον μικροεπεξεργαστή (το κομπιούτερ καταλαβαίνει το 0 και το 1 στο μηδέν δεν περνάει ρεύμα, στο 1 περνάει). Υπάρχουν και οι διπλοί επεξεργαστές (2core) κάτι σαν δίδυμα κτίρια. Ο ένας εργάζεται μαζί με τον άλλο ταυτοχρόνως για να είναι γρηγορότερη η απόκριση στις εντολές. Στο στάδιο του "βομβαρδισμού" με τα ηλεκτρόνια στερεοποιείται ο μικροεπεξεργαστής και αποκτά τη συμπαγή του μορφή. Οι Ιάπωνες συνεργάζονται με την Ιντελ που είναι η πρωτοπόρος εταιρεία κατασκευής μικροεπεξεργαστών. Ακολουθούν και άλλες όπως AMD, Apple κλπ.

Στην Ελλάδα το μάθημα της Κατασκευής Μικροεπεξεργαστών, δεν διδάσκεται στη Σχολή Μηχανικών Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών αλλά είναι Μεταπτυχιακό - (Master). Οι φοιτητές που θέλουν να ειδικευτούν σ' αυτό, μπορούν να κάνουν το Mάστερ Μικροηλεκτρονικής στο Δημόκριτο όπου υπάρχει το τμήμα Μηχανικών Μικροεπεξεργαστών όπου οι φοιτητές προετοιμάζονται για το μάστερ επάνω στη Microprocessor Engineering - είτε για Μηχανικός (κατασκευής), είτε για Αρχιτέκτων (σχεδιαστής δια της μεθόδου Μπουλ: (περνάει δε περνάει ρεύμα) Μικροεπεξεργαστών), που θα τους δώσει τη δυνατότητα συνέχισης -αν επιθυμούν- για Διδακτορικό στην Αμερική όπου και τα καλύτερα Πανεπιστήμια για ειδίκευση στις αντίστοιχες ειδικότητες.
Intel Corporation - Silicon Valley
Μετά μπορούν ακόμη και δουλειά να πιάσουν στην Intel με μισθούς φυσικά τεράστιους - 140000 δολ το χρόνο (11666) το μήνα, ο μέσος μισθός!

Η κατασκευή του μικροεπεξεργαστή αποτελεί το ύστατο επίτευγμα της σύγχρονης τεχνολογίας. Βασίζεται στην τεχνολογία των Τρανζίστορς (διαβιβαστές ρεύματος) και στη Νανοτεχνολογία. Στην αρχή οι επεξεργαστές ήταν τεράστιοι σαν δωμάτια. Στη πορεία μίκραιναν και τέλος η χρησιμοποίηση τους στη τεχνολογία των προσωπικών υπολογιστών (personal computers) δημιούργησε τη σημερινή τεχνολογική τελειοποίηση δια των Μικροεπεξεργαστών (τσιπς) των υπολογιστών που επέτρεψε να μεταβληθούν σε σύγχρονους μικρούς εύχρηστους υπολογιστές για προσωπική - οικιακή αλλά και επαγγελματική χρήση.
Επίσης χρησιμοποιούνται σε όλα τα ηλεκτρονικά μέσα που απαιτούνται για κινητά τηλέφωνα, συσκευές οπτικο-ακουστικές, αεροπλάνα, αυτοκίνητα, καράβια, τρένα κλπ. Η δυσκολώτερη εφαρμογή τους βρίσκεται στον υπολογιστή λόγω των πολλών τρανζίστορς (30 δις!) που χρειάζεται. Είναι το εκπλκτικό Παρόν της Τεχνολογίας αλλά και αυτό ακόμη, υπόκειται σε δεσμεύσεις:

Πόσες τρύπες θα μπορεί να χωρέσει ένα φύλλο σιλικόνης για να διαπερνάται από το ρεύμα; Σήμερα διαπερνάται από τιάντα δις τρύπες, όμως το μέγεθος της επιφάνειας υπόκειται στη δέσμευση του χώρου. Το πόσες εντολές θα μπορούν να περάσουν στη σιλικόνη, από τους αντίστοιχους διαύλους των τρανζίστορς είναι δεδομένο.

Μετά θα ακολουθήσει το τέλος. Δεν θα υπάρχει άλλη περαιτέρω βελτίωση για καλύτερους και ισχυρότερους μικροεπεξεργστές. Η Τεχνολογία αυτή όσον αφορά στο σύγχρονα εύχρηστα κομπιούτερς θα έχει ολοκληρώσει πια την εξέλιξη της. Σήμερα το υλικό της σιλικόνης έχει φθάσει στο όριο του. Η Ιντέλ δεν θα μπορεί με το συγκεκριμένο υλικό που χρησιμοποιεί σήμερα - τη σιλικόνη, να βγάλει άλλον επεξεργαστή. Εκτός και αν κατασκευασθεί απ' τους Χημικούς, ένα νέο περισσότερο διατρήσιμο υλικό. Το μέλλον είναι μπροστά και θα δείξει!

Προ καιρού...

Το Χελωνάκι

Το κρύο που σκότωσε το χελωνάκι Σήμερα έθαψα το χελωνάκι. Σε μια άκρη του κήπου κοντά στον Βέρντι, το καναρίνι. Το χώμα που του έρριξα...