« Smart Dust » : comment fonctionne le plus petit ordinateur, le Michigan Micro Mote. Le plus petit ordinateur du monde : photo, description, note Ordinateurs de poche
Peu de gens ont sûrement pensé qu'il existe dans le monde des ordinateurs dont les dimensions ne dépassent pas celles d'une carte bancaire. Pensez-vous que ce soit irréaliste ? Mais non. Des PC similaires existent et d'ailleurs l'un d'eux a été présenté cette année encore. Cependant, pourquoi ne pas passer en revue tous les modèles connus de « tiny » PC ? Dans le matériel d'aujourd'hui, nous parlerons des plus petits ordinateurs qui existent au monde. Ce sera intéressant et instructif. Aller!
ÉBRÉCHER.
Ainsi, la liste d’aujourd’hui s’ouvre avec un ordinateur de la société C.H.I.P. Cet appareil a été créé en 2015. Les dimensions de l'ordinateur sont étonnantes - 45 x 30 mm. Ainsi, le plus petit ordinateur du monde peut facilement se glisser dans un portefeuille, une poche ou une boîte d'allumettes.
L'ordinateur est alimenté par un processeur GR8. La fréquence d'horloge est de 1 GHz. La capacité de la RAM est de 256/512 Mo et le disque dur a une capacité allant jusqu'à 4 Go. Il existe également des modules Wi-Fi et Bluetooth intégrés.
Le C.H.I.P. est connecté via une carte mère spéciale dotée d'un port USB. Vous pouvez également connecter un moniteur externe, un clavier, une souris, des haut-parleurs et un câble Ethernet à la carte.
Les créateurs de CHIP affirment également que si vous connectez 1 à 2 manettes de jeu sans fil à leur ordinateur, vous pouvez facilement jouer à de nombreux jeux rétro fonctionnant sous DOS. En général, le "Chip" convient sans problème à certains travaux de bureau simples, à la visualisation de fichiers multimédia et à d'autres tâches pas trop complexes.
Le coût actuel d'un PC est de 16 dollars (1 000 roubles), hors carte mère.
Edison
Le deuxième au monde dont il sera question est Edison d'Intel. Le fabricant de processeurs de renommée mondiale n'a pas pu rester à l'écart lorsque les petits PC ont commencé à apparaître dans le monde et a décidé de donner sa réponse. La première présentation d'Edison a eu lieu en 2014 et les ventes en masse ont déjà commencé en 2015.
Les dimensions de l'ordinateur Intel sont encore plus petites que celles de la puce - 35 x 25 mm. Qu'avez-vous réussi à placer sur un si petit morceau du plateau ? Oui, en fait, l'ensemble standard : un processeur avec 2 cœurs Silvermont avec une fréquence de 500 MHz, 4 Go de mémoire pour le lecteur, 1 Go de RAM et des modules pour Wi-Fi et Bluetooth. Soit dit en passant, une antenne pour Wi-Fi peut être de deux types : intégrée et externe.
Edison est installé sur une carte spéciale incluse dans le kit. Les cartes peuvent être différentes, mais la plus courante est compatible Arduino. Cet ordinateur se connecte assez facilement via les ports USB de la carte. Au lieu du système d'exploitation standard, vous pouvez en installer un personnalisé à votre discrétion.
Comme l'assure le développeur Intel, un magasin d'applications spécial sera créé à l'avenir pour Edison, similaire à Google Play ou Apple Store. Les capacités de l'ordinateur sont également très bonnes - il convient non seulement au travail, mais aussi au divertissement.
CuBox-I 4 x 4
L'appareil CuBox occupe la troisième place en tant que plus petit ordinateur au monde. En apparence, il fait plutôt penser à un ordinateur compact dans un boîtier. Les dimensions du « bébé » sont de 50 x 50 x 50 mm. Le boîtier dispose de connecteurs HDMI, d'un emplacement pour une carte mémoire micro-SD et d'un connecteur pour le câble d'alimentation.
Côté caractéristiques techniques, le processeur utilisé ici est une puce Freescale iMX6, construite sur l'architecture Cortex A9. Sa fréquence d'horloge est de 1,0 à 1,2 GHz. Il existe même une puce graphique distincte qui agit comme un accélérateur vidéo - Vivante GC2000. Le PC dispose de 4 Go de RAM. Quant au disque dur, une carte mémoire micro-SD est utilisée. D'ailleurs, le kit est immédiatement livré avec une carte de 8 Go. Toutes les technologies sans fil sont prises en charge. Le cube fonctionne sur le système d'exploitation Android, version 4.4. Malheureusement, on ne sait pas s'il y aura une mise à jour vers la version 5.1 et supérieure.
En termes de capacités, CuBox est très comparable aux tablettes, mais bien meilleure en termes de performances. L'inconvénient est peut-être l'incapacité de travailler directement avec des fichiers exe et de réinstaller le système d'exploitation sur un autre. En ce qui concerne le coût, vous pouvez acheter une CuBox pour 150 à 170 dollars (9 500 à 10 790 roubles).
MicroMote du Michigan
Michigan Micro Mote est le nom du plus petit ordinateur au monde, situé à l'avant-dernière place de la liste d'aujourd'hui. Jusqu'à récemment, cet appareil était considéré comme le plus petit. Les dimensions du Micro Mote sont tout simplement incroyables - seulement 1 mm cube. Même une graine ou un grain de blé est plus gros que ce PC.
Cependant, de quoi Micro Mote peut-il se vanter ? Eh bien, il existe un processeur Phoenix, qui est divisé en 2 parties. L'un fait office de processeur et l'autre est directement responsable des périphériques, des périphériques de stockage et de l'unité de gestion de l'alimentation.
Les capacités de cet ordinateur sont plus adaptées à certains usages industriels ou appareils portables. Ensemble, ils peuvent servir de divers capteurs, par exemple pour mesurer la température, la pression, etc. Le PC est également capable de prendre des photos, de rechercher des minéraux et de contrôler divers appareils électroniques. Soit dit en passant, l'ordinateur est « alimenté » par l'énergie solaire, il est donc également respectueux de l'environnement.
IBM
Eh bien, nous avons atteint la dernière place, qui abrite fièrement le plus petit ordinateur au monde d'IBM. Les dimensions du PC sont de 1 x 1 mm, ce qui est encore plus petit qu'un cristal du même sel.
Il convient de dire tout de suite que l'objectif principal de l'appareil est l'industrie, les gadgets intelligents et autres appareils électroniques. Autrement dit, vous ne pourrez pas utiliser d’ordinateur à la maison. La puissance du PC, comme le prétendent les développeurs d'IBM, est comparable à celle des processeurs des années 90, ce qui est plutôt bon pour un tel appareil. Le processeur est équipé de centaines de milliers de microtransistors, d'une RAM de type SRAM, d'un photomodule pour l'alimentation, d'un indicateur LED pour la notification et l'envoi d'informations, etc. Il est curieux que le processeur dispose d'un module blockchain intégré avec lequel l'ordinateur fonctionne parfaitement.
Et voici en effet une photo du plus petit ordinateur du monde :
Les développeurs affirment également que leur petit ordinateur peut facilement être utilisé comme puce pour suivre les envois postaux, comme « cerveau » pour contrôler une maison intelligente, une voiture, un avion et, bien sûr, comme intelligence artificielle, qui jusqu'à présent ne peut gérer que des tâches simples telles que le tri et le traitement des données, mais à l'avenir, IBM promet d'étendre les capacités.
Les petits ordinateurs ne sont pas encore très populaires, mais je suis sûr que de nombreux utilisateurs les apprécieront. Personnellement, j'avais déjà regardé les petits ordinateurs, mais à cette époque, il n'existait pas de mini-ordinateur Windows en vente capable de remplacer un ordinateur de bureau.
Bien sûr, il existe des ordinateurs portables compacts et polyvalents, qui peuvent remplacer l'unité centrale. Mais pour moi dans ordinateurs portables bon marché il y a 2 inconvénients sérieux :
- Les ordinateurs portables ont une petite diagonale d’écran et une faible résolution. La qualité de l'affichage est très faible : si vous vous écartez d'un angle droit, l'image s'estompe.
- Les ordinateurs portables bon marché ne disposent pas de SSD, ce qui constitue un sérieux inconvénient en termes de performances.
Bien sûr, un ordinateur portable n'est pas remplaçable en voyage, et j'en emporte un avec moi, mais lorsqu'il s'agit de l'utiliser à la maison, pour moi personnellement, un moniteur avec une grande diagonale, une haute résolution et une matrice IPS est mieux. Ce sont les raisons pour lesquelles j'ai choisi un mini PC. 
Parlons de tout dans l'ordre, nous parlons aujourd'hui d'un petit ordinateur silencieux qui peut remplacer l'unité centrale :
Le mini ordinateur est livré dans une petite boîte, 
Emballage inclus: 
1 - l'ordinateur lui-même
2 - alimentation
Câble 3 - 220 V
4 - deux antennes Wi-FI, vis de montage. Séparément, chez le même vendeur, j'ai acheté un support VESA pour le moniteur.
5 - vis de montage
6 — Support VESA (non inclus, doit être commandé séparément)
Dimensions
Comme vous l'avez déjà remarqué, les dimensions de l'ordinateur sont très compactes 14 x 11 x 3,5 cm, les dimensions sont comparables aux dimensions d'un disque dur 3,5″ pour ordinateur de bureau : 
Caractéristiques
En général, vous pouvez acheter ce petit ordinateur dans différentes configurations, je vous fournirai des liens vers celles-ci ci-dessous. En attendant, nous parlerons de ce cas précis.
Connecteurs externes
Tous les connecteurs sont situés à deux extrémités opposées.
D'un côté 
- bouton d'alimentation
- connecteur d'alimentation
- 1 port USB 3.0
- 4 ports USB 2.0
Depuis l'autre côté 
- 2 connecteurs d'antenne
- Sortie audio 3,5″
- Prise micro 3,5″
- Adaptateur réseau RJ-45
- Sortie HDMI
- Sortie VGA
Qu'y a-t-il à l'intérieur
Si nous regardons à l’intérieur du mini-ordinateur, nous verrons que tout à l’intérieur est compact. Ici vous pouvez voir 1 emplacement SO-DIMM avec un module de mémoire, un connecteur mSATA avec un lecteur SSD inséré, un connecteur Mini PCIE dans lequel un module Wi-Fi est inséré. 
Il existe également un connecteur SATA pour connecter un disque dur et un connecteur d'alimentation non standard pour le disque dur. Je n'ai pas essayé de connecter un disque supplémentaire car il n'y avait pas de câble d'alimentation. Et pour être honnête, je doute qu'il puisse rentrer dans ce cas, du moins il n'y a pas de fixations pour cela.
Refroidissement
Le système de refroidissement ici est passif, c'est-à-dire dans cet ordinateur il n'y a pas de fans, et le corps nervuré d'un petit ordinateur est responsable de la dissipation thermique. Compte tenu des exigences déclarées en matière de dissipation thermique du processeur - TDP 7,5 W, le boîtier gère assez bien la dissipation thermique. Quant à la surchauffe, jusqu'à présent je ne l'ai pas rencontrée, l'ordinateur ne s'est jamais figé ni éteint depuis 2 mois. 
Les mesures de température ont été effectuées grâce au capteur intégré au processeur pendant tous les tests, soit environ 80 minutes. Comme le montrent les mesures :
- température minimale il faisait 40°C
- Température maximale il faisait 50°C
Où marge à la température critiqueétait à 50°C du maximum.
L'absence de ventilateur et de disque dur classique signifie une absence totale de bruit, pour moi c'est un gros plus.
système opérateur
L'ordinateur était livré avec Windows 7 en anglais préinstallé, la copie n'était pas sous licence. J'ai immédiatement installé les pilotes Windows 8.1 x64, tout était installé, la seule chose que j'ai faite a été de les mettre à jour. 
Les systèmes Linux fonctionnent sur ce bébé, le CD Ubuntu Live a démarré sans problème. Je pense que toutes les autres distributions fonctionneront aussi bien.
Les spécifications de l'ordinateur indiquent qu'il prend en charge le bon vieux Windows XP, mais je n'ai pas installé ce système, je ne peux donc pas dire exactement comment il fonctionne correctement et comment fonctionnent les pilotes.
Performance
je te le dirai tout de suite Joueurs : cet ordinateur n'est pas pour vous! Comme je l’ai déjà écrit à propos des graphiques ici, Intel HD Graphics, intégré au processeur, ne fera malheureusement pas fonctionner les jeux modernes. Mais pour certains jeux, c'est largement suffisant.
Si vous choisissez un ordinateur qui prendrait peu de place pour surfer sur Internet, pour travailler dans des applications bureautiques, pour regarder des vidéos et écouter de la musique, pour travailler dans Photoshop et d'autres éditeurs graphiques, alors vous pouvez être assuré que ce bébé s'en sortira facilement. avec tout ces tâches !
Test de performance
Pour mesurer les performances, nous avons utilisé le test PerfomanceTest 8, vous pouvez le télécharger sur cette page du site www.passmark.com, dans ce test :
- Score global ordinateur 680.4-709.0
- CPU a montré un résultat 30% inférieur à celui du Core2Duo E8400
- Arts graphiques, comme prévu, faible, environ 2 fois plus lent que la Radeon 6450
- D'après le test de mémoire en retard sur la DDR2 - 16 %, sur la DDR3 - plus de 37 %
- Disque a montré des résultats 2,5 fois plus rapides que les disques conventionnels et 38 % plus lents que les autres disques SSD
Résultats des tests détaillés :
Graphiques 2D:
Graphiques 3D:
CPU:
Mémoire:
Disque:
Résultat final:
En mars dernier, AlphaGo, un programme développé par Google DeepMind, a vaincu l'un des meilleurs maîtres de Go au monde, Lee Sedol. Cette série de jeux est devenue un indicateur de ce dont sont capables les réseaux de neurones. Et ils trouvent une utilisation dans d'autres applications (moins globales), telles que les programmes de détection de logiciels malveillants ou de traduction de texte en images.
Le marché des logiciels utilisant des capacités d’apprentissage profond devrait dépasser le milliard de dollars dans un avenir proche. Par conséquent, les chercheurs conçoivent des puces spéciales capables de gérer de telles applications.
Parmi eux se distinguent Google, Nvidia, Qualcomm, etc.. Mais aujourd'hui, nous aimerions parler du développement de scientifiques de l'Université du Michigan - le projet Michigan Micro Mote - un ordinateur d'un volume d'un millimètre cube.
Le PDG de SoftBank, Masayoshi Son, a suggéré que d'ici 2035, le nombre de gadgets Internet des objets atteindrait 1 000 milliards. Cependant, les appareils modernes, tels que les caméras, les microphones, les serrures, les thermostats, présentent un inconvénient : ils ne sont pas capables d'analyser les informations par eux-mêmes, ils les transmettent donc constamment au cloud, gaspillant ainsi de l'énergie.
Des chercheurs de l'Université du Michigan ont décidé de résoudre ce problème et de fabriquer de petits ordinateurs intelligents dotés de capteurs pour l'IoT.
« Il est difficile d’imaginer la quantité de données qu’un billion d’appareils générera », déclare David Blaauw, professeur à l’Université du Michigan. "En créant de petits capteurs économes en énergie capables d'analyser à la volée, nous rendrons notre environnement plus sûr et économiserons de l'électricité."
C'est le problème de la consommation d'énergie que doit résoudre l'ordinateur Michigan Micro Mote, si petit qu'il est comparable en taille à un grain de riz.
Cependant, il s’agit d’un système informatique entièrement fonctionnel, capable d’agir comme un capteur intelligent. Par exemple, il est utilisé pour surveiller la pression intraoculaire.
Puissance étonnamment faible
La solution est basée sur un minuscule processeur Phoenix à très faible consommation d’énergie. Le processeur Phoenix est divisé en cœur et périphériques. Le noyau se compose d'un processeur 8 bits, de 52 mémoires vives de données (DMEM) de 40 bits, de 64 mémoires vives de 10 bits (IMEM) et de 64 mémoires mortes d'instructions de 10 bits (IROM). ainsi que l'unité de contrôle de puissance.La périphérie comprend une minuterie de contrôle et un capteur de température, mais 8 capteurs supplémentaires peuvent être ajoutés à leur nombre, en fonction de la fonctionnalité requise.
Le cœur et les périphériques communiquent à l'aide d'un bus système qui utilise un protocole asynchrone simple. Le processeur Phoenix passe la plupart de son temps en mode prêt. La minuterie de surveillance, qui est un oscillateur à faible courant, réveille le processeur et commence à traiter et à stocker les lectures du capteur de température. Après avoir terminé une tâche, le processeur revient en mode prêt et attend la commande suivante - cette approche peut réduire considérablement la consommation d'énergie.
Le CPU et les autres modules logiques peuvent être déconnectés des alimentations lorsque leurs services ne sont pas requis, mais la mémoire (IMEM et DMEM) ne le peut pas, car elle doit stocker les données qui y sont écrites. Les modules SRAM restent donc les principaux consommateurs d’énergie. Pour cette raison, les concepteurs utilisent des techniques conçues pour réduire les fuites de courant, telles que des niveaux de tension élevés aux entrées des transistors. Dans le même but, la durée de l’impulsion de déclenchement a été augmentée.
Pour réduire davantage la consommation d'énergie, DMEM fonctionne avec une liste dite gratuite. Cette liste, gérée par le CPU, contient des informations sur les lignes utilisées dans la mémoire DMEM. Le DMEM dispose de 26 commutateurs (chacun connecté à 2 rangées) qui coupent sélectivement le courant en mode veille en fonction de l'état de la liste de mémoire libre.
Les développeurs ont également optimisé les performances du processeur avec IMEM et DMEM. Pour travailler avec IMEM, un ensemble minimal de commandes de base est utilisé. La longueur des instructions est limitée à 10 bits, les opérations courantes utilisant des méthodes d'adressage flexibles et les moins populaires utilisant des opérandes implicites. Le processeur inclut également un support de compression matérielle pour maximiser la capacité de mémoire.
Le mappage des adresses de mémoire virtuelle dans DMEM est effectué à l'aide d'un algorithme de Huffman fixe. DMEM lui-même est divisé en blocs définis statiquement et dynamiquement. Tous les 16 octets de mémoire virtuelle reçoivent une ligne de section statique. Si une écriture mémoire provoque un débordement, l'excédent est transféré vers la section dynamique par pointeur.
Quant au capteur de température intégré, son schéma est présenté dans la figure ci-dessus. Une source de courant indépendante de la température (Iref) et une source de courant dont les lectures varient en fonction de la température absolue (Iptat) sont connectées à un oscillateur en anneau qui convertit les informations de température en impulsions. Ces signaux sont ensuite transmis à un compteur sommateur, qui génère des données numériques. Comme la valeur du capteur de température n'a pas besoin d'être stockée pendant une longue période, il s'éteint pendant les périodes d'inactivité pour économiser davantage d'énergie.
Dans leurs travaux, les scientifiques ont testé le processeur Phoenix et ont constaté qu'il consomme 297 nW en mode actif et seulement 29,6 pW en mode prêt.
De quoi est fait le « sandwich » ?
En plus du processeur, le Michigan Micro Mote possède plusieurs autres « couches » qui remplissent leurs fonctions. L'un d'eux est les panneaux solaires - une cellule solaire d'une superficie de 1 millimètre carré est capable de produire 20 nW de puissance.
En plus des panneaux solaires, l'appareil se compose d'un module de contrôle, d'un module radio, d'une interface système de capteurs, du processeur lui-même, d'une batterie et d'un élément de contrôle de puissance.
Les couches communiquent entre elles à l'aide d'une interface universelle spécialement conçue appelée MBus. Dans ce cas, les scientifiques peuvent simplement remplacer l’une des couches par une autre, mettant ainsi en œuvre un nouveau type de dispositif de suivi. Cette conception réduit considérablement les coûts de production.
Chemin vers un microfutur
« Nous travaillons actuellement à l'amélioration de la technologie de messagerie entre ordinateurs », explique Blaauw. - Jusqu'à présent, nous avons réussi à atteindre une distance de 20 mètres. Il s'agit d'une sérieuse amélioration, puisque les premières versions de l'appareil ne pouvaient transmettre des informations que sur 50 centimètres."
Des scientifiques du Michigan ont démontré les capacités de cette technologie lors de la conférence de l'ISSCC.
Les obstacles à l'extension de la zone de couverture restent la taille de l'antenne et la nécessité d'augmenter la puissance pour transmettre des informations sur de longues distances, ce qui affecte la consommation d'énergie.
Les chercheurs prennent d'autres mesures pour améliorer le micro-ordinateur. Par exemple, ils améliorent constamment la mémoire de l'appareil - les générations précédentes de Micro Motes n'utilisaient que 8 kilo-octets de SRAM, ce qui les rendait impropres au traitement audio et vidéo. L’équipe de scientifiques a donc équipé les nouveaux ordinateurs de 1 mégaoctet de mémoire flash.
De plus, l’un des appareils Micro Mote présentés à l’ISSCC était équipé d’un processeur d’apprentissage profond. Le microgadget était capable de contrôler un réseau de neurones tout en consommant seulement 288 μW. En règle générale, de telles tâches nécessitent de grandes banques de mémoire et la puissance de calcul fournie par les GPU modernes.
Blaauw affirme que leur startup CubeWorks est déjà en train de prototyper des appareils et de réaliser des études de marché. Les scientifiques espèrent que dans 2 ans, il y aura des caméras de surveillance capables d'identifier un délinquant recherché parmi les passants et d'autres appareils intelligents du monde de l'IoT.
