Budoucnost procesorů

V dnešní době, kdy nám klasické procesory pomalu přestávají stačit, vyvstává otázka, kam se posuneme dál a jaká je možná budoucnost procesorů? Dnes se tedy pokusím o souhrn možných budoucích technologií, kterými bychom se mohli vydat. S největší pravděpodobností na nějakou zapomenu nebo o něm nevím a nebo se nakonec vydáme úplně jinou cestou, která dnes ještě není známa, každopádně budu moc rád za vaše názory a připomínky v komentářích.

Co se týče materiálů, budu čerpat z českých článků na portálu VTM, který se touto problematikou docela zabývá a navíc na konci jejich článků občas naleznete odkazy i na originální výzkumy a studie, takže pokud vás něco zaujme, tak doporučuji přečíst. Můj přínos tedy tkví čistě v tom, že to zde pro vás celé shrnu a zkusím na to podat svůj osobní názor.

Kvantové procesory

Tak kde začít... Nejlepší je asi od začátku, ale tady je trochu problém, protože různé výzkumy probíhají paralelně a stejně tak jejich výsledky nejsou zveřejňovány úplně ve srovnatelném čase, takže to zkusím spíše vzít podle kategorií. První takovou často diskutovanou kategorií jsou kvantové procesory. Hodně zjednodušeně můžete říci, že jsou to procesory pracující místo klasický bitů s tzv. Qubity. Už je to nějaký pátek (11. května 2011), co firma D-Wave vydala první komerční kvantový počítač D-Wave One, který obsahuje 128qubitový procesor, v ceně 10 miliónů dolarů. Tento počítač však obsahoval pouze jedinou matematickou operaci z oblasti diskrétní optimalizace a byl použit opravdu spíše pro věděcké účely, například společností Google. Po jeho uvedení všechny hlavně zajímalo, jak si povede v porovnání s klasickými procesory. Na výsledek si udělejte názor sami.

Po těchto událostech se výzkumu kvatových procesorů chopila firma IBM, která v této oblasti učinila velké pokroky. Nedávno se pak téma kvantových procesorů vrátilo na stůl, když vědci z univerzity z Yale představili první „solid-state“ kvantový procesor. Tento čip je však jen začátek, protože umí počítat jen některé jednoduché algoritmy. Do budoucna nás tak čeká ještě spousta úkolů. Jejich příkladem jsou třeba miniaturizace nebo problém s chlazením, protože dnešní, výpočetně výkonnější, kvantové počítače jsou obrovské a musí se chladit kapalným héliem, avšak na jejich zjednodušení se už pracuje. Problém miniaturizace by se mohl vyřešit například pomocí iontových pastí a v oblasti chlazení děláme také velké pokroky, kdy qubity vydržely při pokojové teplotě rekordních půl hodiny. Kam se bude tedy bude ubírat tato technologie dál a bude to právě ona, na které vybudujeme naši procesorovou budoucnost?

Když už elektřina nestačí, aneb do hry přichází světlo

Asi obecně známý fakt je, že světlo je rychlejší než elektřina. Důkazem toho jsou například optické kabely používané pro internetové připojení. Proč ho tedy nevyužít i v procesorech? Důvodem nejspíše bude, že s jeho použitím je spojena spousta technických problémů. Jedním z těch velkých, které trápily vědce a inženýry více než 20 let, je izolace světelných signálů. Avšak před nějakou dobou zaznamenal technický svět průlom v této oblasti a byl tak překonán důležitý milník pro tvorbu světelných čipů. Na tento výzkum pak navázali vědci z MIT, kteří představili způsob, jak snadno vyrobit hybridní CPU s optickými spoji. Firma Fujitsu pak tento výzkum využila a nedávno vyrobila optické spojení pro křemíkové CPU. A nyní přichází na scénu firma IBM s prohlášením, že začne vyrábět čipy s levným optickým propojením. Tímto to však ale nekončí, protože existují projekty, které se snaží kombinovat předchozí zmíněné kvantové procesory s využitím světla a vytvořit tak kvantový světelný čip, který lze přeprogramovat. Tak co, jste fanoušky světla a myslíte si, že to je naše budoucí cesta?

A jak jsou na tom vlastně současné křemíkové procesory?

Abych nekřivdil dnešním křemíkovým čipům, tak musím zmínit, že i v této oblasti stále probíhá výzkum a výrazný pokrok. Každý z vás asi ví, že se narazilo na nečekané potíže při výrobě příliš malých čipů, avšak tyto potíže byly již nedávno překonány a vědcům se podařilo vyrobit funkční tranzistor, o velikosti pouhého atomu. Ano, čtete dobře, už jsme se dostali až na jednotku, která byla dříve považována za konečnou a nedělitelnou. A víte co? Tímhle to nekončí! Vědcům se totiž také podařilo vytvořit extrémně malý 1,5nm tranzistor, který pracuje pouze s jediným elektronem, který by mohl způsobit převrat v současné elektronice. Co na to konzervativnější fanoušci křemíku, jste nadšení?

Křemík není jediný materiál

Když již je řeč o křemíku, mohli bychom se nyní podívat i na jiné materiály, se kterými se v oblasti výroby procesorů experimentuje. Nadějně vyhlížejícím materiálem je bezpochyby Grafen. Grafen ukazuje netušené možnosti, které by se mohli uplatnit při výrobě procesorů a já vám prozradím, že na konci tohoto odstavce zjistíte, že už byly i částečně uplatněny. Na začátek je ještě potřeba si uvědomit, že objev tohoto materiálu znamenal například dalších deset let platnosti Moreova zákona. Jelikož je to nový materiál, je nejprve zásadní najít způsob jeho snadné a hromadné průmyslové výroby. Kromě, v předchozím článku zmiňovaném, postupu založeném na růstu Grafenu na silikonové membráně, existuje např. postup, kde ke snadné výrobě Grafenu pro elektroniku docela nečekaně slouží DNA a mnoho dalších postupů... Například v následujícím videu se ještě jednou vysvětluje, co to Grafen vlastně je a ukazuje se, jak si můžete vyrobit takový "Grafen" v domácích podmínkách.

Opět před nějakou dobou dosáhl Grafen na další metu a to oscilátor s frekvencí 1,2 GHz, což úplně nesouvisí s výrobou procesorů, ale ukazuje jeho pozoruhodné vlastnosti. No a teď tedy dost tlachání a na řadu konečně přichází slibované uplatnění Grafenu při výrobě procesorů. Vědci totiž nedávno již vyrobili čip z uhlíkových nanotrubic, který již zvládne běh jednoduchého OS. Co víc k tomu dodat, snad jen otázku, jestli se i vy těšíte na novou generaci procesorů z Grafenu?

Já bych si teď dovolil ještě další malou odbočku a zmínil možnost uplatnění Křemíku a Grafenu pro tvorbu průhledných pamětí, které jsou v mých očích také velice zajímavá komponenta pro budoucí rozvoj elektroniky. Kromě videa na konci článku, bych sem ještě vložil futuristické video od Microsoftu z roku 2011, které naznačuje, jak by mohla vypadat budoucnost za použití těchto technologií.

Grafenem však výčet "experimentálních" materiálů nekončí. Už dlouhou dobu se mluví o Germaniu, které má obecně lepší vlastnosti než křemík, ale jak praví klasik: "Germanium neroste na stromech." To je odpověď na otázku, proč ho již dnes nepoužíváme. Jednoduše, protože je nepoměrně vzácnější a tím i mnohem dražší než křemík. Ovšem existují názory, že Germanium nahradí křemík v čipech dříve než Grafen. Co si o takovém tvrzení myslíte Vy?

Kromě Grafenu, pak ještě možná stojí za zmínku takový Stanen, což je supravodivý cín s vlastnostmi Grafenu. Také zajímavá volba s potenciálem na náhradu klasického křemíku, nemyslíte?

Elektřina vs. Magnetismus

Kromě nám všem známé elektrické síly, je tu i síla magnetická. I ta by se teoreticky dala použít při výrobě procesorů budoucnosti. Můžou tak magnetické čipy nahradit křemíkové tranzistory, co myslíte?

Procesory, které se opraví samy

Kromě klasických problémů s rychlostí procesorů a počítačů obecně, trápil uživatele od nepaměti problém s jejich poruchovostí. Proto je myšlenka na počítač, který se nikdy nepokazí, velice lákavá. I když je to stále hudba budoucnosti, tak už ani tato myšlenka není úplně sci-fi, protože i v této oblasti dělají vědci pokroky a vymýšlí způsoby, jako například princip mikrokapsle, pro čipy, které se opraví samy. Láká vás tedy myšlenka na samoopravné procesory ve vašem počítači?

Hledejme inspiraci v přírodě

Poslední odstavec bude patřit čipům inspirujícím se v přírodě okolo nás. Prvním takovým zástupcem, majícím design po vzoru mozku, jsou tzv. Neuromorfické čipy, které mohou překonat dnešní neměnné procesory, protože potenciál, díky možnosti přizpůsobit se a být efektivnější dle potřeby, na to určitě mají. Posledním příklad pokroku v oblasti "organického inženýrství", inspirovaného přírodou, je pak Biologický tranzistor na bázi DNA a RNA, který tvoří základ organického procesoru i celého počítače. Nakonec bychom se mohli dočkat i celého počítače v jediné buňce a to doslova. Chtěli byste mít doma takový "ekologický" počítač?

Tím bych asi svoje povídání uzavřel a pokud jste se tedy dočetli až sem, tak vás osobně považuji za velké technologické nadšence a děkuji vám za zájem!