Hunter
Levegővel működő mikroprocesszor
Egyre több furcsa, a hagyományos elektronikus számítógéptől különbözni akaró koncepció lát napvilágot. A legfrissebb megoldás pusztán levegő segítségével végzi a számításokat.
A csatornák és szelepek labirintusából álló processzor, amit Minsoung Rhee és Mark Burns készített el a Michigan Egyetemen, a levegő áramoltatásával dolgozza fel a bináris jeleket. A levegő kiszívása egy csőből egy nullát, míg visszaengedése egy egyest testesít meg. Ezek sorozata fut végig a processzor csatornáin, melyekben pneumatikus szelepek vezérlik a jelek folyamát.
A pneumatikus szelepeket a légcsatorna fölött egy kis kamrában végbemenő légnyomásváltozás működteti, a kamrát egy rugalmas, áthatolhatatlan membrán választja el az áramkörtől. Amikor az alsó kamra megtelik levegővel, a membrán felfelé nyomódik és lezárja a szelepet, meggátolva a bináris jel keresztüláramlását a processzor egyik elágazásán. A levegő kiszívásával a kamrából a membrán visszaereszkedik és újra kinyílik a szelep, továbbengedve a jelet a csomóponton.
A két kutató a szelepek által vezérelt csatornákkal különböző logikai kapukat, flip-flopokat és léptetőregisztereket állított elő, amiket összekapcsolva egy működő 8 bites mikroprocesszort kaptak, valami hasonlót, mint ami az 1980-as évek sikerszámítógépét, a Commodore 64-et is működtette.
A levegő-processzor azonban jóval több egyszerű számítástechnikai kuriózumnál, hangoztatta Rhee és Burns, akik szerint jelentős fejlődés érhető el velük a "labor-egy-chipen" eszközöknél, amiket a komplex kémiai feladatok automatizálására, kórok tesztelésére, valamint DNS profil meghatározás és más laboratóriumi munkák fejlesztésére szánnak. Ezek a tenyérnyi mikrofluid eszközök még egyáltalán nem terjedtek el a gyakorlatban, a michiganiek szerint azért, mert számos jókora chipen kívüli komponens is szükséges működtetésükhöz.
A mellékelt videón megcsodálhatjuk a pneumatikus alkatrészek működését, ami a szelep membránok lesüllyedésekor keletkező erős fényvisszaverődések miatt különösen jól látható
A logikai áramkörök alkalmazása az egyik módja, hogy ezeknek ezeknek a komponenseknek a többségét magára a chipre helyezzék, ezáltal csökkentve a működtetés költségét. A mikrofluid rendszerek döntő többsége azonban nem rendelkezik elektromos alkatrésszel, ezért a hagyományos elektromos szelepek hozzáadása az eszközhöz új gyártástechnológiai eljárásokat igényelne. Ezzel szemben sok mikrofluid rendszer használ pneumatikus szelepeket a folyadék áramlásának vezérléséhez, így a pneumatikus vezérlő áramkörök hozzáadása viszonylag egyszerű és olcsó lenne, magyarázta Burns.
Bár az eszköznek a működéshez még mindig szüksége lenne egy chipen kívüli vákuumforrásra, a mikroprocesszor térfogata olyan kicsi, hogy a szükséges vákuum akár egy kézi pumpával is előállítható. Andrew de Mello, a londoni Imperial College szakértője úgy véli, a működés egyszerűsített módszere hasznos mikrofluid eszközökhöz vezethet a fejlődő országok számára. "A tény, hogy egy kézi pumpával is előállítható a vákuum, azt jelenti, hogy ezeknek az eszközöknek kicsi az energiaszükségletük és alkalmazhatók a világtól elzárt régiókban is" - mondta.
Az azonban nem valószínű, hogy az eszközt a mikrofluid alkalmazásokon kívül egyéb területeken is viszontláthatjuk, a "levegő" vagy "vákuum" jelek ugyanis elég lassúak az elektronok villámgyors áramlásához képest. "Az eszköz összezsugorításával a jeleknek kisebb távolságokat kellene megtennie, ezáltal magasabb 'órajeleken' is üzemelhetnének" - vetette fel Burns, így ha valakinek elég élénk a fantáziája, akár még valamilyen hasznos alkalmazást is kitalálhat a levegővel működő architektúrának. Ne feledjük, hogy például a 8 bites ZX81-en 1 kilobájtban sakkprogramot is lehetett futtatni.
A csatornák és szelepek labirintusából álló processzor, amit Minsoung Rhee és Mark Burns készített el a Michigan Egyetemen, a levegő áramoltatásával dolgozza fel a bináris jeleket. A levegő kiszívása egy csőből egy nullát, míg visszaengedése egy egyest testesít meg. Ezek sorozata fut végig a processzor csatornáin, melyekben pneumatikus szelepek vezérlik a jelek folyamát.
A pneumatikus szelepeket a légcsatorna fölött egy kis kamrában végbemenő légnyomásváltozás működteti, a kamrát egy rugalmas, áthatolhatatlan membrán választja el az áramkörtől. Amikor az alsó kamra megtelik levegővel, a membrán felfelé nyomódik és lezárja a szelepet, meggátolva a bináris jel keresztüláramlását a processzor egyik elágazásán. A levegő kiszívásával a kamrából a membrán visszaereszkedik és újra kinyílik a szelep, továbbengedve a jelet a csomóponton.A két kutató a szelepek által vezérelt csatornákkal különböző logikai kapukat, flip-flopokat és léptetőregisztereket állított elő, amiket összekapcsolva egy működő 8 bites mikroprocesszort kaptak, valami hasonlót, mint ami az 1980-as évek sikerszámítógépét, a Commodore 64-et is működtette.
A levegő-processzor azonban jóval több egyszerű számítástechnikai kuriózumnál, hangoztatta Rhee és Burns, akik szerint jelentős fejlődés érhető el velük a "labor-egy-chipen" eszközöknél, amiket a komplex kémiai feladatok automatizálására, kórok tesztelésére, valamint DNS profil meghatározás és más laboratóriumi munkák fejlesztésére szánnak. Ezek a tenyérnyi mikrofluid eszközök még egyáltalán nem terjedtek el a gyakorlatban, a michiganiek szerint azért, mert számos jókora chipen kívüli komponens is szükséges működtetésükhöz.
A mellékelt videón megcsodálhatjuk a pneumatikus alkatrészek működését, ami a szelep membránok lesüllyedésekor keletkező erős fényvisszaverődések miatt különösen jól látható
A logikai áramkörök alkalmazása az egyik módja, hogy ezeknek ezeknek a komponenseknek a többségét magára a chipre helyezzék, ezáltal csökkentve a működtetés költségét. A mikrofluid rendszerek döntő többsége azonban nem rendelkezik elektromos alkatrésszel, ezért a hagyományos elektromos szelepek hozzáadása az eszközhöz új gyártástechnológiai eljárásokat igényelne. Ezzel szemben sok mikrofluid rendszer használ pneumatikus szelepeket a folyadék áramlásának vezérléséhez, így a pneumatikus vezérlő áramkörök hozzáadása viszonylag egyszerű és olcsó lenne, magyarázta Burns.
Bár az eszköznek a működéshez még mindig szüksége lenne egy chipen kívüli vákuumforrásra, a mikroprocesszor térfogata olyan kicsi, hogy a szükséges vákuum akár egy kézi pumpával is előállítható. Andrew de Mello, a londoni Imperial College szakértője úgy véli, a működés egyszerűsített módszere hasznos mikrofluid eszközökhöz vezethet a fejlődő országok számára. "A tény, hogy egy kézi pumpával is előállítható a vákuum, azt jelenti, hogy ezeknek az eszközöknek kicsi az energiaszükségletük és alkalmazhatók a világtól elzárt régiókban is" - mondta.
Az azonban nem valószínű, hogy az eszközt a mikrofluid alkalmazásokon kívül egyéb területeken is viszontláthatjuk, a "levegő" vagy "vákuum" jelek ugyanis elég lassúak az elektronok villámgyors áramlásához képest. "Az eszköz összezsugorításával a jeleknek kisebb távolságokat kellene megtennie, ezáltal magasabb 'órajeleken' is üzemelhetnének" - vetette fel Burns, így ha valakinek elég élénk a fantáziája, akár még valamilyen hasznos alkalmazást is kitalálhat a levegővel működő architektúrának. Ne feledjük, hogy például a 8 bites ZX81-en 1 kilobájtban sakkprogramot is lehetett futtatni.