mobile menu icon
responsive search icon
منوی پرتال پرشین پرشیا
لوگوی سایت پرشین پرشیا
علم و فن آوری
علم و فن آوری > کامپیوتر و فن آوری اطلاعات > علوم کامپیوتر >ابررسانایی، هدیه ارزشمند برای صنعت الکترونیک و کامپیوتر!

ابررسانایی، هدیه ارزشمند برای صنعت الکترونیک و کامپیوتر!

بخش:علوم کامپیوتر


درباره انواع و اقسام تکنولوژی های گوناگونی که در تولید قطعات الکترونیکی استفاده می شوند صحبت شده به جز پدیده ابررسانایی که خدا وکیلی بسیار مظلوم واقع شده است. در مقاله امروز درباره دو موضوع ابررسانایی و چرخه تبدیل انرژی در قطعات دیجیتالی صحبت خواهم کرد. اول موضوع دوم و دوم موضوع اول را خواهم گفت.

 

● چرخه تبدیل انرژی

بارها صحبت شده که اتلاف انرژی از معظلات دنیای دیجیتالی است و سرمایه های بسیاری صرف کاهش مصرف انرژی و میزان اتلاف در هنگام مصرف انرژی می شود و خواهد شد. پردازنده های اصلی (CPU)، پردازنده های گرافیکی (GPU)، چیپ ست مادربرد (Northbridge)، مسیرهای انتقال و کنترل داده در لایه های مادربرد (PCB)، قطعات حافظه ها (RAM)، منبع تغذیه (Power Supply) و هارددیسک ها از جمله قطعات پرمصرفی هستند که بخش قابل توجهی از انرژی دریافتی را به صورت گرما از دست می دهند. چند سالی است که این معضل گریبان سیستم های پردازشی در مقیاس بزرگ را نیز گرفته و از شواهد پیداست که موضوع اصلی تمامی سازندگان قطعات دیجیتال در دهه آتی میلادی خواهد بود. اما چاره چیست؟

 

 

اولین راهی که به ذهن کاوش گران خطور می کند، کاهش میزان مصرف انرژی است تا به همین نسبت میزان اتلاف نیز کاهش یابد. راه حل تکمیلی بسیار جالب تر است. به این صورت که این موضوع را فرض قطعی گرفته است که هر چقدر هم که میزان مصرف را کاهش دهیم، بخشی از انرژی در قالب گرما از سیستم خارج می شود. باید راهی پیدا کرد تا بتوان انرژی فراری پنهان شده در قالب گرما را به شکلی به انرژی الکتریکی تبدیل کرد.

 

تحقیقات جدیدی در این باره تعریف شده است و تا حدودی با موفقیت توام بوده، اما معضل کنونی این شیوه در این است که برای تبدیل انرژی گرمایی باز هم نیازمند صرف انرژی خواهیم بود. چشم انداز تحقیقات، مثبت نشان می دهد و تلاش ها در این جهت ادامه دارد تا میزان انرژی موردنیاز برای بازگرداندن انرژی از قالب گرما به شکل الکتریکی را کاهش دهد و این راه حل معنادار شود. تا یکی دو سال دیگر مشخص خواهد شد که آیا این شیوه (جذب گرما و تبدیل دوباره آن به جریان الکتریکی) عملی خواهد شد یا خیر؟

 

● و اما ابر رسانایی

 

راستش خبر ندارم که تا چه حد با مفهوم ابر رسانایی آشنا هستید. ابر رسانایی (Superconductivity) از عجایب خلقت است، به این شکل مقاومت الکتریکی برخی مواد در دماهای پایین از بین می رود. نمی دانم می دانید یا نه، که در پژوهش های فیزیکی از سیستم سنجش دمای کلوین استفاده می کنند. هرگاه ماده ساکن شود، یعنی هیچ یک از اجزای مولکول ها حرکت نکنند، گرمایی ایجاد نمی شود. در این وضعیت دمای ماده، صفر درجه کلوین خواهد بود که حدود ۲۷۳ درجه زیر صفر سانتی گراد است. پس وقتی گفته می شود که دمای ماده ای ۷۳ درجه کلوین است، منظور ۲۰۰ درجه زیر صفر سانتی گراد است!

 

تمامی موادی که در عالم خاکی یافت می شوند در برابر عبور جریان الکتریکی رفتاری نشان می دهند که مقاومت الکتریکی خوانده می شود. بر اساس همین رفتار است که مواد به سه دسته رسانا، غیررسانا و نیمه رسانا تقسیم می شوند. فلزات اغلب رسانا و غیرفلزات اغلب نارسانا هستند، و برخی مواد پیدا می شوند که همچون آفتاب پرست رنگ عوض می کنند، اگر دما بالا رود یک رفتار دارند و اگر دما کاهش یابد رفتاری عکس در پیش می گیرند. دنیای دیجیتال بر پایه رفتار مواد نیمه رسانا بنا شده است.

 

هرگاه جریانی عبور کند و مقاومتی وجود داشته باشد، بدون شک با اتلاف انرژی مواجه خواهیم بود. دانشمندی هلندی حدود صد سال پیش پدیده جالبی را کشف کرد که ابر رسانایی خوانده شد و به همین دلیل جایزه نوبل سال ۱۹۱۳ را نصیب خود کرد. این دانشمند فهمیده بود که جیوه جامد در دمای چهار درجه کلوین مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهد. مثل این می ماند که ماده در وضعیت ابر رسانایی چشمان خود را بر عبور جریان الکتریکی می بندد و شتر دیدی ندیدی، به همین دلیل ذره ای انرژی تلف نمی شود. اگر سیمی با استفاده از مواد ابررسانا تولید کنیم و آن را به شکل حلقه درآوریم و جریانی الکتریکی را در آن وارد کنیم، جریان مذکور برای سال ها در سیم جریان خواهد داشت و برای صدها هزار سال ذره ای افت پیدا نخواهد کرد.!

 

 

برخی از مواد مانند طلا خاصیت ابررسانایی را حتی در دمای نزدیک به صفر درجه کلوین نیز نشان نمی دهند، اما برخی دیگر خاصیت ابر رسانایی را در دماهایی بالاتر بروز می دهند. ابتدا انتظار می رفت که ابررسانایی در دماهای نزدیک به صفر مطلق (منفی ۲۷۳ درجه سانتی گراد) بروز کند، اما در دهه هشتاد میلادی در یکی از آزمایشگاه های اروپایی IBM اتفاقی افتاد که فک دانشمندان را با خاک یکسان کرد. جریان به این شکل بود که ماده ای سرامیکی خاصیت ابر رسانایی را در دمای ۸۰ درجه کلوین از خود برزو داد و مشخص شد که مواد غیررسانا نیز ابررسانا می شوند. بعدها موادی ساخته شدند که خاصیت ابررسانایی را در دمای ۲۰۰ درجه کلوین یعنی ۷۳ درجه زیرصفر سانتی گراد بروز دادند.

 

نکته جالب تر اینکه IBM حدود سه چهار سالی می شود که کشف ماده ابر رسانایی را در دستور کار قرار داده است که در دمای ۳۰۰ درجه کلوین (۲۷ درجه سانتی گراد) خاصیت ابررسانایی را بروز دهد. اگر چنین ماده ای کشف شود، رخداد بزرگی را در دنیای دیجیتالی شاهد خواهیم بود، زیرا موضوع اتلاف از دنیای دیجیتال رخت خواهد بست!

 

 

● سیستم های آینده!

تولید قطعات دیجیتالی ابررسانا برای چهار پنج سال هزینه های هنگفتی همراه خواهد داشت و استفاده از آن برای مخاطبان عام ممکن نخواهد بود. بسیاری از سازمان ها و شرکت های بزرگ پیشنهاد ایجاد کنسرسیومی را به IBM داده اند تا از مزایای آن بهره مند شوند. گفته مدیر عملیات شرکت گوگل را یادآوری می کنم که موضوع مصرف بیش از حد انرژی، تامین هزینه های برق موردنیاز و خنک سازی خیل سرورها را بزرگ ترین دغدغه آتی شرکت متبوع خود عنوان کرده بود. پیش بینی شده است که استفاده از قطعات ابررسانا هزینه انرژی مصرفی را به یک سوم تا یک چهارم کاهش خواهد داد. دیگر اینکه، سیستم های مبتنی بر قطعات ابررسانا نیاز چندانی به خنک سازی و تهویه مطبوع نخواهند داشت.

 

 

دنیای دیجیتالی در اولویت اول استفاده از قطعه ابرسانا قرار دارد و پس از آن صنایع دیگر از مواهب آن بهره مند خواهند شد. شنیده شده است که محققان IBM به صورت آزمایشگاهی موفق به ساخت ماده ای سرامیکی شده اند که در دمای صفر درجه سانتی گراد وارد فاز ابررسانایی می شود. این گفته تایید نشده است، در هر حال دعا کنید که ماده مناسب زودتر کشف شود!

برگرفته از: هفته نامه بزرگراه فناوری ( www.itnewsway.ir )
گردآوری و تنظیم:گروه علم و فن آوری پرشین پرشیا
www.persianpersia.com/tech

مروری بر دیگر مطالب 'علوم کامپیوتر'



تازه های علوم کامپیوتر