Если скорость тока была бы выше, стали ли бы компьютеры работать быстрее?

Ответить
Ответить
Комментировать
2
Подписаться
3
1 ответ
Поделиться

Раз это мысленный эксперимент, то давайте позволим себе такую неряшливость и попробуем увеличить скорость тока в отрыве от всех других природных процессов. Иначе, боюсь, что изменения, которые мы грубо внесём в электрические процессы отразятся на всём остальном мире так, что нам будет уже не до компьютеров.

В электронно-вычислительных устройствах транзистор является главным элементом, составляющем вычислители элементарных логических функций, триггеры, сумматоры, счётчики и так далее. А внутри транзистора имеются p-n-переходы — сочленения из двух полупроводниковых материалов с разным типом проводимости. В зависимости от разности потенциалов на полюсах p-n-перехода эти полупроводники работают по-разному. Они то пропускают ток, то запираются и перестают пропускать ток. От предельной скорости этих переключений и зависит скорость, до которой можно разогнать вычислительное устройство.

Путь, по которому развивается уже много десятилетий вычислительная техника — это увеличение быстродействия транзисторов с помощью 1) поиска новых полупроводниковых материалов и 2) с помощью миниатюризации. Одно дело соединить гигантские по нынешним меркам транзисторы проводами, и совсем другое — вырезать лазером на монокристалле «транзисторчики» находящиеся друг от друга на расстояниях, исчисляемых нанометрами.

Надо учесть, что «скорость тока» можно увеличить двумя принципиально разными способами: 1) увеличивая скорость электромагнитных взаимодействий. (То есть скорость света.), 2) или увеличивая скорость движения электронов в проводниках и полупроводниках. (В норме она исчисляется долями миллиметра в секунду.)

В первом случае быстрее будет передаваться информация о том, что ток включён, и ему пора начать течь. Выгода вроде бы очевидна: сигнал о включении одного транзистора будет быстрее добираться до другого, и переключение будет начинаться раньше. Грубо, время прохождения сигнала от одного транзистора до другого — 3×10E−16 сек. Увеличение скорости, скажем в 10 раз сократит это время на 2.7E−16 сек. Не бог весть какая разница. А если посмотреть на это в сравнении со временем, которое транзистор тратит на переключение (оно исчисляется микросекундами, то есть на 10 порядков больше, то есть в тысячи миллионов раз), то и говорить нечего. А мы, так на минуточку, увеличили скорость света в 10 раз! Стоило ли оно того?

Во втором случае, представим, что просто сами электроны в проводниках и полупроводниках почему-то движутся быстрее. Значит, за единицу времени через ту же единицу площади успевает протечь большее количество заряда. Следовательно быстрее будет происходить насыщение p-n-перехода. Это могло бы быть чуть более эффективно. Грубо можно сказать, что увеличение скорости электронов в разы в разы же (но не линейно а немного меньше) уменьшит время переключения. Но сильное увеличение скорости электронов сопряжено с возникновением новых трудностей: 1) Больше будет выделяться тепла, причём тепло-то пропорционально квадрату силы тока. 2) Электроны могут стать неуправляемыми и начать «вылетать» из проводника.

Так что 1) увеличение скорости электромагнитных взаимодействий увеличивать бесполезно; 2) увеличение скорости движения электронов могло бы сделать компьютеры быстрее, но надо заметить, что увеличение быстродействия полупроводниковых приборов в 2 раза не означает двукратного увеличения быстродействия компьютера. Прирост будет намного меньше.

9
0
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью