Teorik olarak, sıfır akım kullanan bir mantık geçidi yapmak mümkün müdür?

18

CMOS, IC'lerin mevcut çekişini büyük ölçüde azaltır, çünkü tamamlayıcı FET'lerden biri her zaman iletken olmayan moddadır, bu nedenle durumlar arasındaki geçiş sırasında sadece kapının eşdeğer kapasitansındaki şarj miktarı olan bir akım akışı vardır ve belki her iki kapı geçici olarak açık olduğunda bir miktar sızıntı olabilir.

Teorik olarak durumları değiştirirken (herhangi bir gerçekçi teknoloji kullanarak) sıfır sızıntıya sahip bir mantık geçidi yapmak mümkün mü ve sinyal voltajdaki değişiklikler olarak voltajdaki diğer değişikliklere neden olarak devreden geçiyor mu? Değilse, teorik minimum nedir?

current  cmos  energy  theory 
— Endolit
kaynak
— endolith

Yanıtlar:

8

Akımı her zaman sıfır olsa bile çalışan bir elektronik mantık geçidi yapmak mümkün değildir.

Bununla birlikte, CMOS elektronik mantık kapılarını, transistör kapılarında kapasitif olarak depolanan enerjinin daha sonra güç kaynağına geri döndürüleceği şekilde düzenlenmesi mümkündür, bu yüzden neredeyse sıfır net güç kullanmaktadır. Sistem açıldığında ve tüm bypass kapasitörleri tamamen şarj olduğunda, bu mantık kapıları, bataryadan neredeyse sıfır akım çekerken keyfi olarak büyük miktarda hesaplama yapabilir. Bu tür düzenlemelere genellikle tahribatsız hesaplama denir.

Ayrıca, herhangi bir elektronik cihaz olmadan mantıksal olarak eşdeğer hesaplama yapıları oluşturmanın birçok yolu vardır. Bu tür elektronik olmayan mantık kapıları doğal olarak sıfır akım kullanır, ancak neredeyse hepsi mantıksal olarak eşdeğer elektronik mantık geçitlerinden daha fazla güç gerektirir.

elektronik olmayan bilgi işlem

Bazı elektronik olmayan mantık kapıları "En garip on bilgisayar" makalesinde listelenmiştir. .

Görünüşe göre bu makaleyi yapmak için yeterince garip olmayan birkaç elektronik olmayan mantık kapısı:

David Cary tamamen spool valflerden inşa edilecek bir CPU tasarladı ve hala geleneksel hidrolik yağ basıncı, su basıncı veya hava basıncı ile her şeye güç verip vermemeyi düşünüyor.

Akışkan mantık bir "parçası" olarak içlerinden akışkan hareketli saymazsanız kapıları hayır, hareketli parçalar var.

(Vikipedi veya başka bir wiki hakkında, bir "mantık kapısı" soyut kavramını uygulamanın yollarının bir listesini içeren bir makale var mı?)

tahribatsız hesaplama

Tersinir hesaplama, Şarj Kurtarma Mantığı veya Adyabatik Mantık olarak da adlandırılan tahribatsız hesaplama, neredeyse sıfır güç kullanan kapıları içerir.

Hesaplamalı bir sistem biraz bilgi sildiğinde, kT Boln'un (2) teorik minimum enerjisini - von Neumann-Landauer limiti - dağıtmalıdır, burada k Boltzmann sabiti ve T sıcaklıktır.

Çoğu mantık kapısı, her mantık işlemi için biraz bilgi siler. Bununla birlikte, her biti koruyan birkaç mantık kapısı vardır. Teorik olarak, bu tahribatsız mantık kapıları, bit-yıkıcı mantık kapılarının teorik asgari gücünden çok daha az güç kullanabilir.

"Tersinir Mantık" Ralph C. Merkle, Zyvex'te

RevComp - Tersinir ve Kuantum Hesaplama Araştırma Grubu , tersinir CPU'larının bazı güzel fotoğraflarına sahiptir.

— davidcary
kaynak
Adyabatik mantık aradığım şeydi. CMOS kusurlarını gidermek / aşmak için bir şey.
— endolith
Yine de teorik olarak bilgiyi işlemek için mümkün olan en düşük enerji miktarını bilmek istiyorum.
— endolit
2
Tüm bilgisayar mimarileri, bitleri tek bir yerde saklamak, depolanmış bitleri bir ALU gibi bazı kombinasyonel mantık yoluyla borulamak ve daha sonra sonuç bitlerini başka bir yerde saklamak arasında değişir. Biraz saklamak için teorik minimum kT ln (2) gerekir. Birleşimsel mantığın alt sınırının kT ln (2) ile karşılaştırıldığında aslında sıfır veya sadece küçük olup olmadığı ya da diğer bir deyişle, birleşimsel mantık işlemlerinin teorik maksimum miktarının bir verilen enerji miktarı sonsuz veya sonludur. Bkz. Cise.ufl.edu/research/revcomp .
— davidcary
1
Tersinir bilgisayar Turing tamamlanmış olabilir, tersine çevrilemez bir Turing makinesi için gerekli olan bellek miktarının sınırlı işleviyle ilgili herhangi bir sorunu çözebilir mi?
— supercat
1
@endolith: Evet, bugün kapılar hem yıkıcı hem de yıkıcı olmayan CMOS kapıları olan kT ln (2) 'den çok daha fazlasını kullanıyor. Bununla birlikte, mevcut eğilimler devam ederse , tahribatsız CMOS kapıları tarafından kullanılan enerji 2025 civarında kT ln'nin (2) altına düşecektir. CMOS veya başka bir şey olsun yıkıcı kapılar, teorik minimum kT ln'den (2) daha az kullanamaz.
— davidcary
10

Evet. Sonsuz bir süre beklemek sakıncası yoksa sıfır akımla geçiş yapan bir kapı yapabilirsiniz;) Akım zaman içinde değişimde yük değişikliği olduğundan, zamandaki değişim sonsuza giderken akım sıfıra gider. Diğer sistem özelliklerinizi karşılarken mantığınızı olabildiğince yavaş çalıştırın.

Bu gece için ödeviniz "Feynman'ın Hesaplama Dersleri" bölümündeki "Hesaplama Termodinamiği" bölümünü okumak;)

— jluciani
kaynak
ohh, Feynman Bunu da okumalıyım!
— stuckie27
1
Bunu uzun zaman önce okumuş olabilirim. Tersinir hesaplama hakkında konuşan yazı bu mu?
— Endolit
3
Bu o.
— jluciani
6

Hayır, bu mümkün değil.

Kapı kapasitansı, transistör geometrisinin ve transistör malzemelerinin özelliklerinin bir fonksiyonudur. Her zaman kapasitans olacaktır. Kapasitansı en aza indirmek için her zaman transistör hızı, voltaj bozulması, kazanç ve diğer cihaz özellikleri arasında değiş tokuş olacaktır.

Sadece bu değil, aynı zamanda kapının çıkışını kullanmak için, transistör herhangi bir çıkış kapasitansını sürmelidir. Yine, çıkış kapasitansı tel geometrisinin ve çevredeki malzemelerin özelliklerinin bir fonksiyonudur.

Başka sızıntı etkileri de vardır. Kapalı durumdaki herhangi bir transistörün tahliyesi ve kaynağı ve hatta kapıya bir miktar kaçak akım boyunca. Bu etkiler çoğunlukla gerçek silikon parçalarda göz ardı edilebilir olsa da, sıfır akım kapısı arayışınızda er ya da geç bunlara karşı geleceksiniz.

— Clint Lawrence
kaynak
Transistör kullanmak zorunda olduğunu söylemedim.
— endolith
5
Belki hayır, ama siz onlardan bahsettiniz ve CMOS sorusunu etiketlediniz. Yani makul bir varsayım gibi görünüyordu.
— Clint Lawrence
1
Mevcut kullanımı büyük ölçüde azaltan yeni bir teknoloji örneği olarak bahsetmiştim. Teorik olarak daha iyi bir şey olup olmadığını merak ediyorum.
— Mart'ta endolit
Başka bir deyişle, bir tel üzerindeki gerilimi işlem sırasında herhangi bir akım çekmeden ölçmek mümkün mü? Giriş kapasitansı olmayan bir anahtarlama cihazı yapmak teorik olarak mümkün mü ? Bir borudaki basıncı, su çıkmadan ölçmek mümkün müdür?
— endolit
1
> Bir borudaki basıncı, su çıkmadan ölçmek mümkün müdür? Evet. Her iki uca da lastik membranlar takın. Ancak bunu herhangi bir su taşımadan ve hareketli su boruya enerji kaybetmeden yapamazsınız. :)
— jpc
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.