IBM je predstavio najmanji računar na svijetu. “Pametna prašina”: kako funkcioniše najmanji računar Michigan Micro Mote
Sigurno je malo ljudi pomislilo da na svijetu postoje kompjuteri čije dimenzije ne premašuju bankovnu karticu. Mislite li da je ovo nerealno? Ali ne. Slični računari postoje i, štaviše, jedan od njih je predstavljen upravo ove godine. Međutim, zašto ne proći kroz sve poznate modele “malenih” računara? U današnjem materijalu ćemo govoriti o tome koji najmanji računari postoje na svijetu. Biće zanimljivo i informativno. Idi!
C.H.I.P.
Dakle, današnju listu otvara kompjuter kompanije C.H.I.P. Ovaj uređaj je kreiran 2015. godine. Dimenzije računara su neverovatne - 45 x 30 mm. Tako se najmanji kompjuter na svijetu lako može smjestiti u novčanik, džep ili kutiju šibica.
Računar pokreće GR8 procesor. Frekvencija takta je 1 GHz. Kapacitet RAM-a je 256/512 MB, a hard disk ima kapacitet do 4 GB. Tu su i ugrađeni Wi-Fi i Bluetooth moduli.
C.H.I.P. je povezan preko posebne matične ploče koja ima USB port. Također možete povezati vanjski monitor, tastaturu, miš, zvučnike i Ethernet kabel na ploču.
Kreatori C.H.I.P.-a takođe tvrde da ako povežete 1-2 bežična gamepada na njihov računar, lako možete igrati mnoge retro igrice koje rade pod DOS-om. Općenito, "čip" nije problem pogodan za neke jednostavne kancelarijske poslove, gledanje multimedijalnih datoteka i druge ne previše složene zadatke.
Cijena računara u ovom trenutku iznosi 16 dolara (1000 rubalja) bez matične ploče.
Edison
Drugi u svijetu o kojem će biti riječi je Edison iz Intela. Svjetski poznata kompanija za proizvodnju procesora nije mogla ostati po strani kada su se mali PC-i počeli pojavljivati u svijetu i odlučila je dati svoj odgovor. Prva prezentacija Edisona održana je 2014. godine, a masovna prodaja je počela već 2015. godine.
Dimenzije Intelovog računara su čak i manje od onih kod čipa - 35 x 25 mm. Šta ste uspjeli smjestiti na tako mali komad ploče? Da, zapravo, cijeli standardni set: procesor sa 2 Silvermont jezgre frekvencije 500 MHz, 4 GB memorije za pogon, 1 GB RAM-a i modula za Wi-Fi i Bluetooth. Usput, antena za Wi-Fi može biti dvije vrste - ugrađena i vanjska.
Edison je instaliran na posebnoj ploči koja je uključena u komplet. Ploče mogu biti različite, ali najčešća je Arduino kompatibilna. Ovaj računar se prilično lako povezuje preko USB portova na ploči. Umjesto standardnog OS, možete instalirati bilo koji prilagođeni po svom nahođenju.
Kako uvjerava programer, Intel, za Edisona će u budućnosti biti kreirana posebna trgovina aplikacija, slična Google Play ili Apple Storeu. Mogućnosti računara su takođe prilično dobre - pogodan je ne samo za posao, već i za zabavu.
CuBox-I 4 x 4
CuBox uređaj je na trećem mjestu kao najmanji računar na svijetu. Po izgledu više podsjeća na kompaktno računalo u kućištu. Dimenzije “bebe” su 50 x 50 x 50 mm. Kućište ima HDMI konektore, slot za micro-SD memorijsku karticu i konektor za kabl za napajanje.
Što se tiče tehničkih karakteristika, procesor koji se ovdje koristi je Freescale iMX6 čip, izgrađen na Cortex A9 arhitekturi. Njegova frekvencija takta je 1,0-1,2 GHz. Postoji čak i poseban grafički čip koji djeluje kao video akcelerator - Vivante GC2000. Računar ima 4 GB RAM-a. Što se tiče tvrdog diska, koristi se micro-SD memorijska kartica. Inače, komplet odmah dolazi sa karticom od 8 GB. Sve bežične tehnologije su podržane. Kocka radi na Android operativnom sistemu, verzija 4.4. Nažalost, nije poznato da li će biti ažuriranja na 5.1 i noviju verziju.
U pogledu mogućnosti, CuBox je vrlo uporediv sa tabletima, samo što je mnogo bolji u pogledu performansi. Nedostatak je, možda, nemogućnost direktnog rada s exe datotekama i ponovne instalacije OS-a na bilo koji drugi. Što se tiče cijene, CuBox možete kupiti za 150-170 dolara (9500 - 10790 rubalja).
Michigan Micro Mote
Michigan Micro Mote naziv je najmanjeg kompjutera na svijetu, koji se nalazi na pretposljednjem mjestu današnje liste. Do nedavno se ovaj uređaj smatrao najmanjim. Dimenzije Micro Mote-a su jednostavno nevjerovatne - samo 1 kubni mm. Čak je i seme ili zrno pšenice veće od ovog računara.
Međutim, čime se Micro Mote može pohvaliti? Pa, postoji Phoenix procesor, koji je podijeljen na 2 dijela. Jedan služi kao CPU, a drugi je direktno odgovoran za periferne uređaje, uređaje za skladištenje i jedinicu za upravljanje napajanjem.
Mogućnosti ovog računara su pogodnije za neke industrijske svrhe ili prenosive uređaje. Uzeti zajedno, može poslužiti kao razni senzori, na primjer, za mjerenje temperature, pritiska itd. Računar je sposoban i za fotografisanje, traženje minerala i kontrolu razne elektronike. Računar se, inače, „napaja“ solarnom energijom, pa je i ekološki prihvatljiv.
IBM
Pa, stigli smo do posljednjeg mjesta, na kojem se ponosno nalazi najmanji računar na svijetu iz IBM-a. Dimenzije PC-a su 1 x 1 mm, što je čak manje od kristala iste soli.
Vrijedi odmah reći da je glavna namjena uređaja industrija, pametni gadgeti i druga elektronika. Odnosno, nećete moći da koristite računar kod kuće. Snaga PC-a je, kako tvrde programeri u IBM-u, uporediva sa procesorima iz 90-ih, što je sasvim dobro za takav uređaj. Procesor je opremljen sa stotinama hiljada mikrotranzistora, RAM-om tipa SRAM, fotomodulom za napajanje, LED indikatorom za obavještavanje i slanje informacija itd. Zanimljivo je da procesor ima ugrađen blockchain modul sa kojim računar radi savršeno.
A evo, zapravo, fotografije najmanjeg kompjutera na svijetu:
Programeri također tvrde da se njihov mali kompjuter lako može koristiti kao čip za praćenje poštanskih pošiljaka, kao "mozak" za upravljanje pametnim domom, automobilom, avionom i, naravno, kao umjetna inteligencija, kojom se do sada može upravljati samo jednostavne zadatke kao što su sortiranje i obrada podataka, ali u budućnosti IBM obećava proširenje mogućnosti.
Prošlog marta, AlphaGo, program koji je razvio Google DeepMind, pobijedio je jednog od najboljih Go majstora na svijetu, Leeja Sedola. Ova serija igara postala je pokazatelj za šta su neuronske mreže sposobne. I pronalaze upotrebu u drugim (manje globalnim) aplikacijama, kao što su programi za otkrivanje zlonamjernog softvera ili prevođenje teksta u slikama.
Očekuje se da će tržište softvera koji koristi mogućnosti dubokog učenja premašiti milijardu dolara u bliskoj budućnosti. Stoga istraživači dizajniraju posebne čipove koji mogu podnijeti takve aplikacije.
Među njima se ističu Google, Nvidia, Qualcomm, itd. Ali danas bismo željeli govoriti o razvoju naučnika na Univerzitetu u Mičigenu - Michigan Micro Mote projektu - računar zapremine jedan kubni milimetar.
Izvršni direktor SoftBank-a Masayoshi Son je sugerirao da će do 2035. broj Internet of Things gadžeta dostići 1 bilion. Međutim, savremeni uređaji, kao što su kamere, mikrofoni, brave, termostati, imaju nedostatak – nisu u stanju da sami analiziraju informacije, pa ih neprestano prenose u oblak, trošeći energiju.
Istraživači sa Univerziteta u Mičigenu odlučili su da reše ovaj problem i naprave pametne i male računare sa senzorima za IoT.
„Teško je zamisliti koliko će podataka generisati trilion uređaja“, kaže profesor David Blaauw sa Univerziteta u Mičigenu. “Kreiranjem malih, energetski efikasnih senzora koji mogu analizirati u hodu, učinit ćemo naše okruženje sigurnijim i uštedjeti električnu energiju.”
Problem potrošnje energije mora riješiti kompjuter Michigan Micro Mote, koji je toliko mali da je po veličini uporediv sa zrnom pirinča.
Međutim, to je potpuno funkcionalan računarski sistem sposoban da djeluje kao pametni senzor. Na primjer, koristi se za praćenje intraokularnog tlaka.
Iznenađujuće mala snaga
Rješenje je bazirano na malom Phoenix procesoru s vrlo malom potrošnjom energije. Phoenix procesor je podijeljen na jezgru i periferne uređaje. Jezgro se sastoji od 8-bitnog CPU-a, 52 x 40-bitne memorije sa slučajnim pristupom podacima (DMEM), 64 x 10-bitne memorije sa slučajnim pristupom (IMEM) i 64 10-bitne memorije samo za čitanje (IROM). kao i jedinica za kontrolu snage.Periferija uključuje kontrolni tajmer i temperaturni senzor, ali se njihovom broju može dodati još 8 senzora, ovisno o traženoj funkcionalnosti.
Jezgra i periferni uređaji komuniciraju pomoću sistemske magistrale koja koristi jednostavan asinhroni protokol. Phoenix procesor većinu svog vremena provodi u režimu pripravnosti. Watchdog timer, koji je oscilator niske struje, budi procesor i započinje obradu i pohranjivanje očitavanja temperaturnog senzora. Nakon završetka zadatka, procesor se vraća u režim pripravnosti i čeka sljedeću naredbu - ovaj pristup može ozbiljno smanjiti potrošnju energije.
CPU i drugi logički moduli mogu se isključiti iz izvora napajanja kada njihove usluge nisu potrebne, ali memorija (IMEM i DMEM) ne može, jer mora pohraniti podatke upisane u nju. Stoga SRAM moduli ostaju glavni potrošači energije. Iz tog razloga, dizajneri koriste tehnike dizajnirane da smanje curenje struje, kao što su visoki naponski nivoi na ulazima tranzistora. U istu svrhu povećano je trajanje gejting impulsa.
Da bi dodatno smanjio potrošnju energije, DMEM radi sa takozvanom besplatnom listom. Ova lista, kojom upravlja CPU, sadrži informacije o korištenim linijama u DMEM memoriji. DMEM ima 26 prekidača (svaki spojen na 2 reda) koji selektivno isključuju struju u standby modu na osnovu stanja liste slobodne memorije.
Programeri su takođe optimizovali performanse CPU-a sa IMEM i DMEM. Za rad sa IMEM-om koristi se minimalan skup osnovnih naredbi. Dužina instrukcije je ograničena na 10 bita, pri čemu popularne operacije koriste fleksibilne metode adresiranja i manje popularne koje koriste implicitne operande. Procesor također uključuje podršku za hardversku kompresiju kako bi se maksimizirao kapacitet memorije.
Mapiranje adresa virtuelne memorije u DMEM-u se vrši korišćenjem fiksnog Huffmanovog algoritma. Sam DMEM je podijeljen na statičke i dinamički definirane blokove. Svakih 16 bajtova virtuelne memorije prima jedan red statičke sekcije. Ako upis u memoriju uzrokuje prelijevanje, višak se prenosi u dinamički odjeljak pomoću pokazivača.
Što se tiče ugrađenog temperaturnog senzora, njegov dijagram je prikazan na gornjoj slici. Temperaturno nezavisan izvor struje (Iref) i strujni izvor čija očitanja variraju u zavisnosti od apsolutne temperature (Iptat) povezani su na prstenasti oscilator koji pretvara informacije o temperaturi u impulse. Ovi signali se zatim unose u brojač za sumiranje, koji generiše digitalne podatke. Budući da vrijednost temperaturnog senzora ne mora biti dugo pohranjena, ona se isključuje tokom vremena mirovanja radi dalje uštede energije.
U svom radu, naučnici su testirali Phoenix procesor i otkrili da on troši 297 nW u aktivnom režimu i samo 29,6 pW u režimu pripravnosti.
Od čega je napravljen “sendvič”?
Osim procesora, Michigan Micro Mote ima još nekoliko "slojeva" koji obavljaju svoje funkcije. Jedan od njih su solarni paneli - solarna ćelija površine 1 kvadratni milimetar sposobna je proizvesti 20 nW snage.
Pored solarnih panela, uređaj se sastoji od kontrolnog modula, radio modula, interfejsa senzorskog sistema, samog procesora, baterije i elementa za kontrolu napajanja.
Slojevi međusobno komuniciraju koristeći posebno dizajnirano univerzalno sučelje zvano MBus. U ovom slučaju, naučnici mogu jednostavno zamijeniti jedan od slojeva drugim, implementirajući novu vrstu uređaja za praćenje. Ovaj dizajn značajno smanjuje troškove proizvodnje.
Put u mikrobudućnost
“Trenutno radimo na poboljšanju tehnologije za razmjenu poruka između računara,” kaže Blaauw. - Do sada smo uspeli da dostignemo razdaljinu od 20 metara. Ovo je ozbiljno poboljšanje, jer su prve verzije uređaja mogle prenositi informacije samo 50 centimetara."
Naučnici iz Mičigena demonstrirali su mogućnosti tehnologije na konferenciji ISSCC.
Kamen spoticanja za proširenje područja pokrivanja ostaju veličina antene i potreba za povećanjem snage za prijenos informacija na velike udaljenosti, što utiče na potrošnju energije.
Istraživači poduzimaju druge korake kako bi poboljšali mikroračunar. Na primjer, oni konstantno poboljšavaju memoriju uređaja – prethodne generacije Micro Motes-a koristile su samo 8 kilobajta SRAM-a, što ih je učinilo neprikladnim za audio i video obradu. Stoga je tim naučnika opremio nove računare sa 1 megabajtom fleš memorije.
Štaviše, jedan od Micro Mote uređaja predstavljenih na ISSCC-u imao je ugrađen procesor dubokog učenja. Mikrogadžet je mogao da kontroliše neuronsku mrežu dok je trošio samo 288 μW. Tipično, takvi zadaci zahtijevaju velike memorijske banke i računarsku snagu koju pružaju moderni GPU-ovi.
Blaauw kaže da njihov startup CubeWorks već pravi prototipove uređaja i istražuje tržište. Naučnici se nadaju da će za 2 godine postojati nadzorne kamere koje će moći da identifikuju traženog prestupnika među ljudima koji prolaze, kao i drugi pametni uređaji iz IoT svijeta.
Izdavanjem prvog Mac mini-ja prije deset godina, Apple je dokazao da se dobar računar može upakovati u malo tijelo. Trebalo je neko vrijeme proizvođačima kompjutera da skupe hrabrost da slijede njihov primjer. Danas se mini računari mogu kupiti za 10.000 rubalja, bukvalno bilo gde, i oni su oličenje gotovo svih želja u vezi sa radom sa multimedijom ili sa kancelarijskim aplikacijama.
Osim toga, tehnologije upakovane u ultra-kompaktan paket dizajnirane su za tih i energetski efikasan dugotrajan rad. Sve ovo predodređuje upotrebu ove klase uređaja kao univerzalnog medijskog centra, koji se može povezati direktno na TV, ili kao uredski računar, čiji su resursi dovoljni za ugodan rad u Wordu, Excelu i drugim uređivačima.
Naravno, mali računari ne mogu zameniti računare sa punopravnom sistemskom jedinicom i vrhunskom opremom. Međutim, oni su alternativa laptopima jer laptopi često nude niže performanse od mini računara po približno istoj ceni. Ima smisla kupiti mini računar ako planirate da koristite mali računar samo kao desktop računar. Testirali smo najbolje uređaje u cjenovnoj kategoriji do 40.000 rubalja i reći ćemo vam koji od jeftinih ultra-kompaktnih računara se najbolje pokazao.
Računari veličine dlana
Postoji ogroman broj veličina i dizajna mini-računara, a razlikuju se i po performansama. Najveći od njih imaju kvadratnu osnovu sa stranicom od oko 20 cm, visinom od oko pet centimetara i težinom od oko kilogram - ovu vrstu kućišta često koriste Asus i Apple. Njihov konkurent Zotac, u pravilu, preferira kompaktniji oblik: kvadrat sa stranicom od 13 cm. Vaga s ovim mrvicama pokazuje samo oko 600 grama.
Zotac ZBox PI321 pico (15.000 rubalja, nije učestvovao u testu) teži ne više od pametnog telefona (150 g) i staje u džep jakne. Što se tiče hardvera, uređaj je, naravno, inferiorniji u odnosu na mini-PC, ali njegova snaga je dovoljna za ugodan rad sa kancelarijskim aplikacijama.
Ali to nije granica: ima i manjih slučajeva. Na primjer, pico nettop Zotac ZBOX PI321, koji nije uključen u poređenje, teži kao pametni telefon, a procesor koji koristi, Atom Z3735F, pogodniji je za tablete.
Efikasne performanse mini-PC-a sa Broadwell mikroarhitekturom
Da bi napravili dobar mini računar, inženjeri kompanije uvek moraju da naprave kompromis, jer računar u ultrakompaktnom kućištu mora biti ne samo produktivan, već i opremljen svim potrebnim konektorima, kao i izuzetno tihim sistemom hlađenja. Odnos performansi i potrošnje energije prvenstveno je određen glavnim karakteristikama procesora. Gotovo svi testirani uređaji rade na Intel procesorima sa maksimalnim termalnim paketom (TDP) od 15 W.
Svi mini računari rade na energetski efikasnim procesorima sa termalnim paketom od 15 W (ZBOX nano AQ02 Plus ima 19 W). Riječ je o štedljivim čipovima Haswell i Broadwell generacije, a prednost ide u Broadwellu, jer je veličina tranzistora čipova ove mikroarhitekture samo 14 nm, dok se Haswell proizvodi po 22-nm procesnoj tehnologiji. . Što su tranzistori manji, to je mikrokolo efikasnije. U teoriji, Broadwell čipovi sa istim TDP-om postižu veću računarsku snagu, odnosno sa istim performansama troše manje energije.
Modularni princip koji se koristi u sklapanju računara važi i za mini računare, na primer VivoPC iz ASUS-a. Da biste zamijenili HDD ili RAM, samo odvrnite zavrtnje poklopca kućišta Ovaj omjer je u praksi dokazan našim Cinebench benchmarkom, koji procjenjuje performanse višejezgrenih procesora. Broadwell Core i5 procesor u ZBox nano MI542 Plus mini-PC iz Zotac-a dobio je najveću ocjenu tokom testiranja, a slijedi ga Core i5 (Haswell) iz Apple mini-PC-a.
Situacija sa Core i3 procesorima je potpuno ista. Rezultat Broadwell procesora instaliranog u MSI Cubi mini-PC pokazao se boljim od Core i3-4030U, koji je donedavno bio standard za CPU uređaje ove klase.
Sliku upotpunjuju uređaji bazirani na Celeron procesorima sa Haswell mikroarhitekturom i APU-om iz AMD-a u ZBox nano AQ02Plus sa TDP vrijednošću od 19 W, koji ne može predstavljati ozbiljnu konkurenciju Broadwellu i Haswellu u pogledu performansi procesora.
Pobjednik našeg testa, Asus VivoPC VM62N, opremljen je NVIDIA GeForce 820M diskretnom grafičkom karticom, koja je, međutim, prilično slaba. Svi ostali uređaji za prikazivanje grafike igara ili igranje filmova koriste grafičke kartice integrirane u čip.
Ali sveukupno, grafičke performanse Intel HD Graphics 5000 u Apple Mac mini su čak i veće od NVIDIA. Od svih testiranih Intel grafičkih kartica, ona ima najmoćniji hardver i najveću brzinu takta. Na trećem mjestu je ZBox nano MI542 Plus sa Broadwell čipom. Međutim, nijedno od ovih grafičkih rješenja nije dovoljno za kompletiranje ozbiljnih igara.
Mac mini procesor ima najmoćniji grafički čip, njegove performanse su čak i veće od onih kod diskretnog GeForce 820M. Reprodukcija filmova i video zapisa
Slika sa reprodukcijom filma je drugačija. Svi grafički čipovi podržavaju H.264 hardversko ubrzanje. Kada gledate film na mreži i preuzimate video u MP4 ili MKV formatu, možete vidjeti da se gotovo svaki put video kompresuje pomoću H.264 standarda.
Počevši od Haswell generacije, Intel grafika za H.264 kodek podržava čak 4K rezoluciju. Ali AMD grafika nije dovoljna za 4K. U međuvremenu, internet kompanije i industrija zabave postepeno prelaze na novu generaciju kodeka. Google planira nastaviti nuditi YouTube video u VP9 formatu, a Netflix će emitovati TV serije u 4K rezoluciji koristeći H.265 standard video kompresije. Odnosno, mini-PC u ulozi univerzalnog kućnog plejera sa rezervom za budućnost treba kupiti samo sa čipom sa Broadwell mikroarhitekturom, jer samo ova Intel mikroarhitektura izvorno podržava nove standarde video kompresije H.265 i VP9 . Problemi nastaju samo pri reprodukciji 4K videa pri 60 FPS.
Svi podržavaju standard H.264 video kompresije, ali samo Broadwell čipovi podržavaju VP9, Googleov novi format za YouTube i H.265 standard. Takođe, kada kupujete mini-PC, trebalo bi da pažljivo pogledate vrstu ugrađenih diskova. Za veliku kolekciju filmova trebalo bi da uzmete u obzir samo mini računare sa magnetnim diskovima, čije performanse, međutim, ostavljaju mnogo da se požele. Kapacitet ugrađenih diskova ne prelazi 1 TB, a kapacitet brzih SSD uređaja je 128 GB. Štedljivi kupci mogu sami da kompletiraju mini-PC, jer ih je obično lako rastaviti, što vam omogućava da bez problema zamijenite RAM i hard disk.
Ako pohranjujete kolekciju filmova na mrežno priključeno skladište na vašoj kućnoj mreži, možda biste trebali razmisliti o instaliranju SSD-a velike brzine kako biste poboljšali performanse vašeg mini PC-a. Ali ako cijela zbirka filmova i pjesama mora stati u mrvicu, onda sve ovisi o veličini kućišta. Neki uređaji imaju dovoljno prostora za 3,5-inčni magnetni disk kapaciteta do 1 TB, koji se relativno lako može zamijeniti modelom od 4 TB.
Veće brzine se mogu postići pomoću hibridnih diskova (SSHD) sa integrisanim magnetnim diskovima i fleš čipom velike brzine dizajniranim za keširanje najčešće korišćenih podataka, kao što je Acer Aspire Revo One.
Mini računari se u velikoj meri razlikuju u performansama benčmarka: rezultat prvenstveno zavisi od vrste čvrstog diska. Mini-PC sa manjim kućištem može primiti disk od 2,5 inča i ne više - u ovom slučaju možete kupiti samo izmjenjive diskove kapaciteta do 1 TB.
Kada je u pitanju povezivanje perifernih uređaja, svi mini računari su dobro opremljeni. U pravilu su nužno opremljeni IEEE 802.11ac bežičnom vezom i LAN mrežnim konektorom. Četiri USB 3.0 konektora su dovoljna za miš, tastaturu i eksterni optički drajv. Nijedan od njih nema ugrađeni drajv.
Stražnja maska Zotac ZBox-a je dovoljno velika da primi razna sučelja. Neophodno je prisustvo HDMI i DisplayPort-a za video izlaz, kao i USB 3.0 za periferne uređaje Monitor ili TV su povezani preko HDMI ili DisplayPort-a. Svi uređaji imaju HDMI konektor, samo polovina ima DisplayPort. Ako već uživate u slici 4K TV-a u sopstvenoj dnevnoj sobi, poželećete da investirate u mini računar sa najmanje DisplayPort-om 1.2. Od ove verzije nadalje, ovaj konektor može prenositi 4K pri 60 FPS. HDMI 1.4 može podnijeti samo 30 sličica u sekundi, a mini PC sa HDMI 2.0 još ne postoji.
