Олимпиада НИЯУ МИФИ "Наноэлектроника"

Прогноз развития GPU NVIDIA

Sevas — Wed, 04 Jun 2014 16:15:33 GMT

10 апреля 2014 г. Состоялся семинар, посвященныйтехнологиям графических процессоров GPU NVIDIA ивидеокарт на их основе .Предлагается оценить, какому законуподчиняется рост степени интеграции кристаллов GPU NVIDIA. Необходимо сделать прогноз дальнейшего роста степени интеграции кристаллов GPU NVIDIA. В ходе работы было промоделированоразвитие графических процессоров NVIDIA на 10 лет вперёд и сопоставлено с закономМура.Из поученных данных следует, что ихразвитие действительно подчиняется предсказаниям Гордона Мура. Но ясно, что это
правило не будет выполняться всегда, из-за того что невозможно достижение
транзисторами размеров, сопоставимых с атомами и продолжение такого роста.

радикал

Взгляд в будущее электроники

Rawn — Tue, 27 May 2014 17:56:36 GMT

Взгляд в будущее. Процессы.

В XXI веке вычислительная техника сольется не только средствами связи и машиностроением, но и с биологическими процессами, что откроет такие возможности, как создание искусственных имплантатов, интеллектуальных тканей, разумных машин, «живых» компьютеров и человеко-машинных гибридов. К началу XXXII века и люди , и компьютеры широко распространятся по планетам и начнут готовиться к освоению ближайших звездных систем.

2017
Отказ от деления компьютерной памяти на оперативную и постоянную. Увеличение пропускной способности Интернет и широкое распространение мобильной связи приведут к отказу от съемных накопителей данных

2020
Переход от традиционных кремниевых полупроводников к более совершенным квантовым технологиям. Результатом станут намного более компактные, быстродействующие и дешевые компьютеры. Появится возможность наделять любые промышленные продукты интеллектуальными и коммуникационными способностями. Компьютеры ценой $1000 достигнут обрабатывающей мощности человеческого мозга-2*1016 операций в секунду.

Микрочипы будут встроены в стены, столы, стулья, украшения и человеческие тела.

Появление трехмерных виртуальных дисплеев, заключенных в очки и контактные линзы как интерфейсы для связи с другими людьми, компьютерами, с Интернет и виртуальной реальностью.

Взаимодействие с техникой через жесты и обыкновенную двустороннюю языковую связь.

2029
Компьютер ценой $1000 по производительности будет превосходить человеческий мозг примерно в тысячу раз.

Постоянные или съемные имплантаты для глаз и ушей используются для обмена данными между человеком и мировой компьютерной сетью.

Компьютерные устройства будут способны самообучаться, приобретая существенные знания без участия человека либо при его малом участии.

Дискуссия о законных правах компьютеров и о том, что такое человек. Продолжение споров о равноценности машинного разума человеческому при всем их несходстве.

2030
Начнется распространение вживленных устройств с прямым доступом к нейтронам.

2035
Появление компьютерных систем, которые смогут «персонально» выявлять и уничтожать вирусы в организме человека. Создание искусственных органов- сердца, печени, почек, полноценно заменяющих естественные благодаря биотехнологиям и встроенным в них микрокомпьютерам.

2050
Исследования в области клетки приблизят возможность замены тканей и органов, включая нейтроны, которые раньше считались незаменимыми. Клетки и ткани можно будет наделять способностями обработки и передачи данных.

Контроль над живыми процессами даст надежду на увеличение продолжительности жизни. В мире киберпространства будут царить микро и нано- устройства(интеллектуальная пыль). К тому времени Интернет будет представлять собой отождествление почти всего реального мира. Таким образом, грань между кибер- и реальным пространством начнет исчезать.

Устройства, обладающие достаточным интеллектом, чтобы уметь делать выводы и давать рекомендации, будут буквально носиться в воздухе, что сделает частную жизнь и обособленность столь же устаревшими, как ежедневное путешествие в школу за пять миль от дома.

2060
Компьютер сравняется по силе разума со всем человечеством.

2072
Начнется практическое использование пикоинженерии- технологии, оперирующей объектами размером порядка 10-12 метра.

2099
Исчезнет четкая разница между человеком и компьютером. Машинный разум, возникший на основе расширенного человеческого разума, заявит о своих притязаниях на то, чтобы считаться человеком, хотя его мозг основан не на углеродных клеточных процессах, а на их электронных и фотонных эквивалентах.

Повсеместное использование нейро- имплантационных технологий, обеспечивающих колоссальное увеличение перцепционных и когнитивных способностей человека.

Человечество выработает единый удобный стандарт представления информации. Любой процесс обучения сведется к приобретению действительно нового знания.

2100
Благодаря достижениям генной инженерии в сочетании с биоинженерными тканями и механическими имплантатами, люди станут совсем непохожими на современных.
iBUSINESS АПРЕЛЬ-МАЙ 2000

Кристаллы спинового льда и магнитное электричество

VAL — Mon, 31 Jan 2011 06:39:25 GMT

Кристаллы спинового льда (spin ice) и магнитное электричество
Источник: http://nanotex.blog.ru/

О движении электрических зарядов и образуемом ими токе знают все. С передвижениями магнитных зарядов дела до недавнего времени обстояли несколько сложнее – учёные не могли детектировать ни сами магнитные монополи, ни их транспорт. Однако недавно американцам всё же удалось увидеть магнитричество в эксперименте.

У каждого магнита, как известно, два полюса (северный и южный). И сколько бы физики его ни делили, каждый его кусочек (вплоть до единичного атома) будет обладать двумя полюсами. Однако теоретики предсказывали, что существуют магнитные монополи (magnetic monopole) – квазичастицы, несущие на себе только положительный или только отрицательный магнитный заряд. Они не связаны в пары и могут передвигаться по отдельности.

Долгое время учёные разных стран пытались поймать таинственные магнитные монополи. В сентябре нынешнего года им это наконец удалось. Для этого исследователи направили на кристалл спинового льда, охлаждённого до ультранизкой температуры, нейтроны. Поведение элементарных частиц показало – в материале действительно присутствуют магнитные монополи.

Британцы определили, что заряд магнитного монополя равен 5 μB·Å-1 (магнетонам Бора на ангстрем). Кстати, теория давала очень близкое значение: 4,6μB·Å-1. Отметим, что в отличие от фиксированного электрического заряда магнитный может меняться в зависимости от давления и температуры кристалла спинового льда.

Стивен считает, что в будущем магнитные монополи могут быть использованы для создания более компактной компьютерной памяти (так как один монополь соизмерим с отдельным атомом). «Мы пока делаем лишь первые шаги, но кто знает, в каком виде магнитричество будет использовано человечеством лет эдак через сто», — говорит Брамвелл в пресс-релизе Лондонского центра нанотехнологий.

Фуллерен: свойства и транзисторы на его основе

VAL — Sat, 29 Jan 2011 14:49:34 GMT

Фуллерен: свойства и транзисторы на его основе

Про фуллерен сюда!

Quote

История открытия фуллерена, может быть, самая необычная из тех, что нами рассматриваются в данной публикации. В 1973 г. отечественные ученые Д.А.Бочвар и Е.Н.Гальперн опубликовали результаты квантово-химических расчетов, из которых следовало, что должна существовать устойчивая форма углерода, содержащая в молекуле 60 углеродных атомов и не имеющая никаких заместителей. В той же статье была предложена форма такой гипотетической молекулы. Выводы этой работы казались в то время совершенно фантастическими. Никто не мог себе представить, что такая молекула может существовать, и тем более – как взяться за ее получение. Эта теоретическая работа несколько опередила свое время и была вначале попросту забыта.

В 1980-х гг. астрофизические исследования позволили установить, что в спектрах некоторых звезд, так называемых «красных гигантах», обнаружены полосы, указывающие на существование чисто углеродных молекул различного размера.

В 1985 г. Г.Крото и Р.Смолли начали проводить исследования уже в «земных» условиях. Они изучали масс-спектры паров графита, полученных под ударом лазерного пучка, и обнаружили, что в спектрах есть два сигнала, интенсивность которых намного выше, чем всех остальных. Сигналы соответствовали массам 720 и 840, что указывало на существование крупных агрегатов из углеродных атомов – С60 и С70. Масс-спектры позволяют установить лишь молекулярную массу частицы и не более того, однако этого оказалось достаточно, чтобы фантазия ученых заработала. В итоге была предложена структура многогранника, собранного из пяти- и шестиугольников. Это было точное повторение структуры, предложенной 12 лет назад Бочваром.

Углеродная наноэлектроника: графен необычные - свойства

VAL — Sat, 29 Jan 2011 14:34:55 GMT

Углеродная наноэлектроника: графен необычные - свойства

1. K.S.Novoselov, A.K.Geim, S.V.Morozov, D.Jiang, Y.Zhang, S.V.Dubonos, I.V.Grigorieva, A.A.Firsov. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science, V. 306. N. 5696, pp. 666 - 669 (2004) - публикация, с которой началось "восхождение" к нобелевской премии Гейма и Новоселова

2. http://inno.nsu.ru/facts/2010-10-09.htm - необычные свойства графена, публикация 09.10.2010

Мозг, нейроны, возбуждение и потенциалы действия

VAL — Sat, 29 Jan 2011 08:05:06 GMT

Мозг, нейроны, возбуждение и потенциалы действия
полностью ЗДЕСЬ!

Quote

Главную роль в возбуждении нейрона играют ионные каналы мембраны. Эти каналы бывают двух видов:
1. Одни (первый вид) работают постоянно и откачивают из нейрона ионы натрия и накачивают в цитоплазму ионы калия (насосные каналы). В клетке создается разность концентраций ионов: концентрация ионов калия внутри клетки примерно в 30 раз превышает концентрацию ионов калия вне клетки (30 : 1). Концентрация ионов натрия внутри клетки наоборот меньше примерно в 50 раз, чем концентрация ионов натрия снаружи клетки (1 : 50). Эту разницу имеют мембраны любой клетки, не только нервной. В результате между цитоплазмой и внешней средой на мембране клетки возникает потенциал: цитоплазма клетки заряжается отрицательно на величину около 70мВ относительно внешней клетки (мВ, милливольт, 10−3 В - единица измерения электрического напряжения в международной системе единиц). Для создания такого потенциала требуются только ионы калия (калиевый потенциал).
2. Нейрон, в отличие от других клеток, способен возбуждаться (генерировать потенциал действия). Основная роль в возбуждении принадлежит другому типу ионных каналов (второй тип), при открытии которых ионы натрия устремляются в клетку, а ионы калия через открытые калиевые каналы начинают выходить из клетки. Для каждого типа ионов (натрия и калия) имеется свой собственный тип ионного канала. Движение ионов по этим каналам происходит по концентрационным градиентам, т.е. из места высокой концентрации в место с более низкой концентрацией.
В покоящемся нейроне натриевые каналы мембраны закрыты (при этом потенциал покоя 70мВ и отрицательность в цитоплазме). Если потенциал мембраны деполяризовать (уменьшить поляризацию мембраны) примерно на 10 мВ, натриевый ионный канал открывается. Причем в канале имеется своеобразная заслонка, которая реагирует на потенциал мембраны, открывая этот канал при достижении потенциала определенной величины (потенциалозависимый канал).

Мозг, нейромедиаторы и здоровье человека

VAL — Sat, 29 Jan 2011 07:24:50 GMT

Мозг, нейромедиаторы и здоровье человека

В статье "Нейротрансмиттеры и головной мозг" доктора медицинских наук В. И. Кулинского http://student.km.ru/ref_sho....814F7FB (дата добавления: 24.3.2007) пишется:

Quote

Нейротрансмиттеры (НТ) — это химические передатчики сигналов между нейронами и от нейронов на эффекторные (исполнительные) клетки. Именно НТ создают возможность объединения отдельных нейронов в целостный головной мозг и позволяют ему успешно выполнять все его многообразные и жизненно необходимые функции.

Нейротрансмиттеры делят на нейромедиаторы — прямые передатчики нервного импульса, дающие пусковые эффекты (изменение активности нейрона, сокращение мышцы, секрецию железы), и нейромодуляторы — вещества, модифицирующие эффект нейромедиаторов. Соотношение концентраций и активности нейромедиаторов определяет функциональное состояние большинства постсинаптических клеток. Нейромодуляторы обычно действуют более локально — в определённых зонах мозга.

Quote

Главные медиаторы головного мозга — аминокислоты. К возбуждающим относятся глутамат и аспартат. При освобождении в синапс (см. рис. 1, В) они через ионотропные рецепторы (регуляторные субъединицы каналов) открывают быстрые натриевые каналы (рис. 2, А). Это приводит к быстрому входу в постсинаптический нейрон ионов Na + (в межклеточной жидкости концентрация Na + намного больше, чем внутри клетки).

Это деполяризует плазматическую мембрану (изменяет отрицательный заряд на её внутренней поверхности на положительный) и в результате вызывает возбуждение нейрона. Возбуждающие аминокислоты необходимы для всех основных функций головного мозга, включая поддерживание его тонуса, бодрствования, психологической и физической активности, регуляцию поведения, обучение, память, восприятие чувствительных и болевых импульсов. Но всё хорошо в меру. Существуют тяжёлые болезни, вызванные слишком большим освобождением глутамата в синапс. Это характерно для эпилепсии. Избыток глутамата в синапсе приводит к перевозбуждению мозга вплоть до развития тяжёлого судорожного приступа. При ишемии (нарушении кровоснабжения) головного мозга в синапс выделяется так много глутамата, что он вызывает чрезмерное накопление ионов Са 2+ в постсинаптическом нейроне и его повреждение (нейротоксическое действие) — возникает инсульт („удар“). Человек может стать инвалидом из-за ухудшения интеллекта, нарушения речи или плохой работы конечностей.

История развития транзисторов

VAL — Thu, 25 Nov 2010 20:51:16 GMT

История развития транзисторов

Quote

Рождение твердотельной электроники можно отнести к 1833 году. Именно тогда Майкл Фарадей экспериментируя с сульфидом серебра, обнаружил, что проводимость данного вещества растет с повышением температуры, в противоположность проводимости металлов, которая в этом случае уменьшается. Это явление Фарадей не смог объяснить.

Следующим этапом в развитии твердотельной электроники стал 1874 год, когда немецкий физик Фердинанд Браун опубликовал свою статью в одном из журналов, где он описал важнейшее свойство полупроводников (на примере серных металлов) - возможность проводить ток только в одном направлении. Браун тщетно пытается объяснить, противоречащее закону Ома, выпрямляющее свойство контакта полупроводника с металлом, проводя все новые и новые исследования. Браун не сумел объяснить такое свойство полупроводников и его современники не уделили должного внимания этому явлению.

Появление транзистора в XX веке стало переворотным моментом в развитии электроники. Это изобретение связано со многими именами великих ученых.

В 1906 году американский инженер Гринлиф Виттер Пикард получил патент на кристаллический детектор. Такой детектор представлял собой тонкий металлический проводник, с помощью которого осуществлялся контакт с поверхностью металла. Появление множества конструкций такого детектора, не принесло желаемых результатов, а появление в это время электронных ламп сводит на нет все усилия создать полупроводниковое устройство отвечающее требованиям того времени.

Первые патенты на принцип работы полевых транзисторов были зарегистрированы в Германии в 1928 году на имя Юлия Эдгара Лилиенфельда. Немецкий физик Оскар Хейл в 1934 году запатентовал полевой транзистор.

Полевые транзисторы основаны на простом электростатическом эффекте поля, по физическим процессам они проще биполярных транзисторов, и поэтому они придуманы и запатентованы, задолго до биполярных транзисторов. Тем не менее, первый МОП-транзистор, составляющий основу микроэлектроники, был изготовлен позже биполярного транзистора в 1960 году. И только в 90-х годах XX века во времена лавинного развития компьютерной техники, МОП-технология получила массовое распространение и стала доминировать над биполярной.

Полностью здесь!

Химия мозга человека, прогноз А.Л. Бучаченко

VAL — Thu, 25 Nov 2010 20:49:24 GMT

[color=red]Химия на рубеже веков: свершения и прогноз А.Л. Бучаченко[/color]
полностью здесь!

Статья опубликована в журнале "Успехи химии" (том 68, N2, 1999 год) и

Quote

представляет собой расширенный вариант доклада автора на Общем собрании Отделения общей и технической химии Российской академии наук и на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (С.-Петербург, 1998 г.).

Quote

Надо признать, что та часть химии, которая создается умом и руками человека, составляет лишь незначительную часть химии, которая создается Природой.

Подавляющее большинство реакций, реализованных руками человека, относится к "неорганизованным" реакциям, в которых частицы (молекулы, ионы, атомы, радикалы) реагируют при случайных встречах (во времени и пространстве). В то же время "природная" химия является высокоорганизованной, т.е. почти все химические превращения осуществляются в системах с молекулярным и надмолекулярным порядком.

Целые каскады биохимических реакций организованы в пространстве и во времени. Так, при фоторецепции каждый поглощенный сетчаткой глаза световой квант запускает огромный каскад реакций, приводящих на финише к циклическому гуанозинмонофосфату (квантовый выход 104), который создает на мембране электрический потенциал. Этот сигнал далее регистрируется в мозгу как сигнал восприятия света (другие примеры можно найти в обзоре1).

Именно благодаря высокой степени организации селективность и производительность биохимических реакций достигает такого уровня, который пока недостижим в обычной химии.

Осознание этого обстоятельства и поворот химии как науки к молекулярной и надмолекулярной организации реагентов начался со второй половины этого века, и теперь это одна из главных, устремленных в будущее линий внутренней самоорганизации химии.

Физика мозга человека: модель и моделирование

VAL — Thu, 25 Nov 2010 20:46:04 GMT

[color=orange]Физика мозга человека: модель и моделирование[/color]
полностью здесь!

Моделирование физики мозга А.С. Холманский
(Получена 9 июня 2006; опубликована 15 июля 2006)

Физика мозга человека имеет две составляющих – базовую физику общую для

Quote

всех млекопитающих и физику мышления, присущую только человеку. Развитие ментальной составляющей структурно-функциональной организации мозга в филогенезе связали с хиральным фактором внешней среды, а в онтогенезе – с социальным фактором. В основу чувствительности мозга к данным факторам положили односвязность его водной основы, механизм электромагнитной индукции и особенности термодинамики мозга в состоянии ночного сна. С целью унификации описания механизма электромагнитных процессов в мозгу ввели понятие квазифотона, объединяющее в себе все формы возбуждения электронных и молекулярно-клеточных структур мозга. Предложены эквивалентные схемы колебательных контуров элементов нейросети и макроструктур мозга. Сделаны оценки кинетических параметров (энергии активации, скорости) физических процессов, лежащих в основе энергоинформационного обмена мозга с внешней средой. Обсуждены механизмы работы оперативной (физической) и постоянной (химической) памяти мозга, включая модель нелокальных квантовых корреляций.

Quote

1. Концептуальное введение
Основным структурно-функциональным элементом мозга является нервная клетка. Она генерирует и проводит электрические импульсы – потенциалы действия (ПД). Связанное с ПД движение зарядов индуцирует локальные вихри электромагнитного (ЭМ) поля, которые, в принципе, можно определить как ЭМ-кванты или квазифотоны. Метрика, принцип и скорость движения квазифотона будут определяться электрофизическими свойствами и структурными особенностями нейрона и окружающей его среды. За энергоинформационное обеспечение механизма генерации импульсов и за синтез метаболитов ответственно тело клетки, ее ядро и дендриты. Аксоны в симбиозе с нейроглиями (олигодендроциты, астроциты) транслируют метаболиты и импульсы, реализуя их энергию и информацию через синтез и действия нейромедиаторов в синапсах. Дееспособность нервной клетки обеспечивает энергия реакции окисления глюкозы, которая в митохондриях трансформируется в энергию макроэргических связей АТФ. В нервных клетках энергия АТФ преобразуется в энергию квазифотонов, в энергию химических связей синтезируемых веществ, в кинетическую энергию метаболитов и молекул среды (тепло). За счет этой же энергии осуществляется рост аксонов, развитие нейронных сетей и нейроглиальных связей, которые, в частности, отвечают за механическую целостность цитоскелета мозга. Физико-химические свойства воды, составляющей основу жидкостных систем мозга (ликвора, крови), в полной мере ответственны за электрофизику мозга и за его термодинамические свойства, как на микро, так и на макро уровнях его организации.

Таким образом, поведение мозга как единой физической системы в первую очередь подчинено классическим законам электрофизики и термодинамики сплошных коллоидных сред....