„Smart dust”: hogyan működik a legkisebb számítógép, a Michigan Micro Mote. A világ legkisebb számítógépe: fotó, leírás, értékelés Tenyérnyi számítógépek
Bizonyára kevesen gondolták, hogy vannak olyan számítógépek a világon, amelyek mérete nem haladja meg a bankkártyát. Ön szerint ez irreális? De nem. Léteznek hasonló PC-k, ráadásul az egyiket éppen idén mutatták be. De miért ne nézhetnénk végig az „apró” PC-k összes ismert modelljét? A mai anyagban arról fogunk beszélni, hogy melyek a világ legkisebb számítógépei. Érdekes és informatív lesz. Megy!
FORGÁCS.
Tehát a mai lista a C.H.I.P cég számítógépével nyílik meg. Ezt az eszközt 2015-ben hozták létre. A számítógép méretei elképesztőek - 45 x 30 mm. Így a világ legkisebb számítógépe könnyedén elhelyezhető pénztárcában, zsebben vagy gyufásdobozban.
A számítógép GR8 processzorral működik. Az órajel frekvenciája 1 GHz. A RAM kapacitása 256/512 MB, a merevlemez kapacitása pedig 4 GB. Vannak beépített Wi-Fi és Bluetooth modulok is.
A C.H.I.P. egy speciális alaplapon keresztül csatlakozik, amely USB-porttal rendelkezik. Az alaplaphoz külső monitort, billentyűzetet, egeret, hangszórókat és Ethernet kábelt is csatlakoztathat.
A C.H.I.P. alkotói azt is állítják, hogy ha 1-2 vezeték nélküli gamepadet csatlakoztatunk a számítógépükhöz, akkor sok DOS alatt futó retro játékkal könnyedén játszhatunk. Általánosságban elmondható, hogy a „Chip” nem alkalmas egyszerű irodai munkára, multimédiás fájlok megtekintésére és egyéb, nem túl bonyolult feladatokra.
Egy PC ára jelenleg 16 dollár (1000 rubel) az alaplap nélkül.
Edison
A világon a második, amelyről szó lesz, az Edison az Inteltől. A világhírű processzorgyártó cég nem tudott félreállni, amikor a kis PC-k kezdtek megjelenni a világban, és úgy döntött, megadja a választ. Az Edison első bemutatójára 2014-ben került sor, a tömeges értékesítés pedig már 2015-ben megkezdődött.
Az Intel számítógép méretei még a Chip méreténél is kisebbek - 35 x 25 mm. Mit sikerült elhelyezned a tábla ilyen kis darabjára? Igen, valójában a teljes standard készlet: egy processzor 2 Silvermont maggal, 500 MHz-es frekvenciával, 4 GB memóriával a meghajtóhoz, 1 GB RAM-mal, valamint Wi-Fi és Bluetooth modulokkal. A Wi-Fi-antenna egyébként kétféle lehet - beépített és külső.
Az Edison egy speciális táblára van felszerelve, amely a készletben található. A táblák eltérőek lehetnek, de a leggyakoribb az Arduino-kompatibilis. Ez a számítógép meglehetősen egyszerűen csatlakozik az alaplapon található USB-portokon keresztül. A szabványos operációs rendszer helyett saját belátása szerint telepíthet bármilyen egyedit.
Amint azt a fejlesztő Intel biztosítja, az Edison számára a jövőben egy speciális alkalmazásbolt készül, hasonlóan a Google Playhez vagy az Apple Store-hoz. A számítógép képességei is elég jók – nem csak munkára, hanem szórakozásra is alkalmas.
CuBox-I 4x4
A CuBox készülék a harmadik helyen áll, mint a világ legkisebb számítógépe. Külsőleg inkább egy tokban elhelyezett kompakt számítógépre emlékeztet. A „baba” méretei 50 x 50 x 50 mm. A tok HDMI csatlakozókkal, micro-SD memóriakártya foglalattal és tápkábel csatlakozóval rendelkezik.
Ami a műszaki jellemzőket illeti, az itt használt processzor egy Freescale iMX6 chip, amely Cortex A9 architektúrára épül. Az órajel frekvenciája 1,0-1,2 GHz. Van még egy külön grafikus chip, amely videogyorsítóként működik - a Vivante GC2000. A PC 4 GB RAM-mal rendelkezik. Ami a merevlemezt illeti, micro-SD memóriakártyát használnak. A készlethez egyébként azonnal jár egy 8 GB-os kártya. Minden vezeték nélküli technológia támogatott. A kocka Android 4.4-es operációs rendszeren fut, sajnos nem tudni, hogy lesz-e frissítés 5.1-re vagy újabbra.
A CuBox képességeit tekintve nagyon hasonlítható a táblagépekhez, csak teljesítményben sokkal jobb. A hátránya talán az, hogy nem tud közvetlenül dolgozni az exe fájlokkal, és nem tudja újratelepíteni az operációs rendszert bármely másikra. Ami a költségeket illeti, 150-170 dollárért (9500 - 10790 rubel) vásárolhat egy CuBox-ot.
Michigan MicroMote
A Michigan Micro Mote a világ legkisebb számítógépének neve, amely a mai listán az utolsó előtti helyen található. Egészen a közelmúltig ezt a készüléket tekintették a legkisebbnek. A Micro Mote méretei egyszerűen elképesztőek - mindössze 1 köbmm. Még egy mag vagy búzaszem is nagyobb, mint ez a számítógép.
De mivel büszkélkedhet a Micro Mote? Nos, van egy Phoenix processzor, amely 2 részre van osztva. Az egyik CPU-ként működik, a másik pedig közvetlenül felelős a perifériákért, a tárolóeszközökért és az energiagazdálkodási egységért.
Ennek a számítógépnek a képességei jobban megfelelnek bizonyos ipari célokra vagy hordozható eszközökhöz. Összességében különféle szenzorokként szolgálhat, például hőmérséklet, nyomás stb. mérésére. A PC képes fényképek készítésére, ásványi anyagok keresésére és különféle elektronikák vezérlésére is. A számítógép egyébként napenergiával „működik”, tehát környezetbarát is.
IBM
Nos, elérkeztünk az utolsó helyre, amely büszkén ad otthont a világ legkisebb IBM számítógépének. A PC mérete 1 x 1 mm, ami még kisebb, mint egy azonos só kristálya.
Érdemes rögtön leszögezni, hogy a készülék fő célja az ipar, az okoskütyük és egyéb elektronikai cikkek. Vagyis nem fog tudni otthon számítógépet használni. A PC ereje, ahogy azt az IBM fejlesztői állítják, a 90-es évek processzoraihoz hasonlítható, ami egy ilyen készülékhez elég jó. A processzor több százezer mikrotranzisztorral, SRAM-típusú RAM-mal, tápellátást biztosító fotomodullal, értesítési és információküldő LED-jelzővel stb. van felszerelve. tökéletesen működik.
És valójában itt van egy fotó a világ legkisebb számítógépéről:
A fejlesztők azt is állítják, hogy kis számítógépük könnyen használható chipként postai küldemények nyomon követésére, „agyként” egy okosotthon, autó, repülőgép vezérléséhez, és természetesen mesterséges intelligenciaként is, amely eddig csak kezelni képes. egyszerű feladatok, mint például az adatok rendezése és feldolgozása, de a jövőben az IBM a képességek bővítését ígéri.
A kis számítógépek még nem túl népszerűek, de biztos vagyok benne, hogy sok felhasználó értékelni fogja őket. Személy szerint korábban néztem a kis számítógépeket, de akkoriban nem volt eladó mini Windows számítógép, ami helyettesíthette volna az asztali számítógépet.
Természetesen vannak kompakt és sokoldalú laptopok, amelyek helyettesíthetik a rendszeregységet. De nekem be olcsó laptopok 2 komoly hátránya van:
- A laptopok kicsi képernyőátlóval és alacsony felbontással rendelkeznek. A megjelenítés minősége nagyon alacsony, ha derékszögből tér el, a kép elhalványul.
- Az olcsó laptopok nem rendelkeznek SSD-vel, és ez komoly hátrányt jelent a teljesítmény szempontjából.
Természetesen a laptop utazáskor nem cserélhető, és van egy laptopom, amit magammal viszek, de ha otthoni használatról van szó, akkor nekem személy szerint egy nagy átlós, nagy felbontású, IPS mátrixú monitor az jobb. Ez az oka annak, hogy mini PC-t választottam. 
Beszéljünk mindenről sorrendben, ma egy csendes kis számítógépről beszélünk, amely helyettesítheti a rendszeregységet:
A mini számítógép egy kis dobozban érkezik, 
Csomag tartalma: 
1 - maga a számítógép
2 - tápegység
3-220V kábel
4 - két Wi-FI antenna, rögzítőcsavarok. Külön, ugyanattól az eladótól vettem egy VESA konzolt a monitorhoz.
5 - rögzítőcsavarok
6 — VESA tartó (nem tartozék, külön kell megrendelni)
Méretek
Amint azt már észrevette, a számítógép méretei nagyon kompaktak, 14 x 11 x 3,5 cm, méretei egy asztali számítógép 3,5 hüvelykes merevlemezének méreteihez hasonlíthatók: 
Műszaki adatok
Általánosságban elmondható, hogy ezt a kis számítógépet különféle konfigurációkban vásárolhatja meg, az alábbiakban linkeket adok hozzájuk. Addig is beszélünk erről a konkrét esetről.
Külső csatlakozók
Minden csatlakozó két ellentétes végén található.
Az egyik oldalon 
- bekapcsológomb
- tápegység csatlakozója
- 1 db USB 3.0 port
- 4 USB 2.0 port
A másik oldalról 
- 2 db antenna csatlakozó
- 3,5" audio kimenet
- 3,5" mikrofon csatlakozó
- RJ-45 hálózati adapter
- HDMI kimenet
- VGA kimenet
Mi van belül
Ha belenézünk a mini számítógépbe, látni fogjuk, hogy benne minden kompakt. Itt látható 1 db SO-DIMM foglalat memóriamodullal, mSATA csatlakozó behelyezett SSD meghajtóval, Mini PCIE csatlakozó, amelybe Wi-Fi modul van behelyezve. 
Van még egy SATA csatlakozó a merevlemez csatlakoztatásához, és egy nem szabványos tápcsatlakozó a merevlemezhez. Nem próbáltam további meghajtót csatlakoztatni, mert nem volt tápkábel. És hogy őszinte legyek, kétlem, hogy ebbe az esetbe belefér, legalábbis nincs hozzá rögzítés.
Hűtés
A hűtőrendszer itt passzív, vagyis ebben a számítógépben nincsenek rajongók, egy kis számítógép bordázott teste pedig a hőleadásért felelős. Figyelembe véve a processzor hőelvezetésére vonatkozó követelményeket - TDP 7,5 W, a ház meglehetősen jól megbirkózik a hőelvezetéssel. Ami a túlmelegedést illeti, eddig nem találkoztam vele, a számítógép 2 hónap alatt egyszer sem fagyott le, nem kapcsolt ki. 
Hőmérsékletmérés a processzorba épített érzékelővel minden teszt során történt, ez körülbelül 80 perc. Ahogy a mérésekből is látszik:
- minimális hőmérséklet 40°C volt
- Maximális hőmérséklet 50°C volt
Ahol határ a kritikus hőmérsékletre 50°C volt a maximumtól.
A ventilátor és a klasszikus merevlemez hiánya a zaj teljes hiányát jelenti, számomra ez nagy plusz.
operációs rendszer
A számítógép angol Windows 7-tel érkezett előre telepítve, a másolat nem licencelt. Azonnal telepítettem a Windows 8.1 x64 drivereket, minden fel volt telepítve, csak frissítettem őket. 
Ezen a babán működnek a Linux rendszerek, az Ubuntu Live CD gond nélkül elindult. Szerintem az összes többi disztribúció is hasonlóan jól fog működni.
A számítógép specifikációi szerint támogatja a jó öreg Windows XP-t, de ezt a rendszert nem én telepítettem, így nem tudom pontosan megmondani, hogy mennyire működik megfelelően, és hogyan állnak a dolgok a meghajtókkal.
Teljesítmény
mindjárt elmondom Játékosok – ez a számítógép nem neked való! Ahogy a grafikáról itt már írtam, a processzorba épített Intel HD Graphics sajnos nem fog modern játékokat futtatni. De néhány játékhoz ez is elég.
Ha olyan számítógépet választ, amely kis helyet foglalna az internetezéshez, az irodai alkalmazásokban való munkához, a videók megtekintéséhez és zenehallgatáshoz, a Photoshopban és más grafikus szerkesztőkben való munkához - akkor biztos lehet benne, hogy ez a baba könnyen megbirkózik mindezekkel a feladatokkal!
Teljesítményteszt
A teljesítmény mérésére a PerfomanceTest 8 tesztet használtuk, amelyet a www.passmark.com weboldal ezen oldaláról tölthet le, ebben a tesztben:
- Összes pont számítógép 680.4-709.0
- CPU 30%-kal alacsonyabb eredményt mutatott, mint a Core2Duo E8400
- Grafika, ahogy az várható volt, gyenge, körülbelül 2-szer lassabb, mint a Radeon 6450
- Memória teszt szerint elmarad a DDR2-től - 16%, a DDR3-tól - több mint 37%
- Korong 2,5-szer gyorsabb eredményeket mutatott, mint a hagyományos meghajtók és 38%-kal lassabb, mint a többi SSD-meghajtó
Részletes vizsgálati eredmények:
2D grafika:
3D grafika:
CPU:
memória:
Korong:
Végeredmény:
Tavaly márciusban a Google DeepMind által fejlesztett AlphaGo program legyőzte a világ egyik legjobb Go mesterét, Lee Sedolt. Ez a játéksorozat mutatója lett annak, hogy mire képesek a neurális hálózatok. És más (kevésbé globális) alkalmazásokban is használhatók, például rosszindulatú programok észlelésére vagy képek szövegének lefordítására szolgáló programokban.
A mély tanulási képességeket használó szoftverek piaca a közeljövőben várhatóan meghaladja az 1 milliárd dollárt. Ezért a kutatók speciális chipeket terveznek, amelyek képesek kezelni az ilyen alkalmazásokat.
Ezek közül kiemelkedik a Google, az Nvidia, a Qualcomm stb.. De ma a Michigani Egyetem tudósainak kifejlesztéséről - a Michigan Micro Mote projektről - egy köbmilliméter térfogatú számítógépről szeretnénk beszélni.
A SoftBank vezérigazgatója, Masayoshi Son azt javasolta, hogy 2035-re a tárgyak internete kütyüinek száma eléri az 1 billiót. A modern eszközöknek, például kameráknak, mikrofonoknak, záraknak, termosztátoknak azonban van egy hátulütője - nem képesek önállóan elemezni az információkat, ezért folyamatosan továbbítják a felhőbe, energiát pazarolva.
A Michigani Egyetem kutatói arra vállalkoztak, hogy megoldják ezt a problémát, és intelligens és kisméretű számítógépeket készítsenek érzékelőkkel az IoT számára.
„Nehéz elképzelni, hogy egy billió eszköz mennyi adatot generál” – mondja David Blaauw, a Michigani Egyetem professzora. „Azáltal, hogy kis, energiahatékony érzékelőket hozunk létre, amelyek menet közben is képesek elemezni, biztonságosabbá tesszük környezetünket és energiát takarítunk meg.”
Az energiafogyasztás problémáját kell megoldania a Michigan Micro Mote számítógépnek, amely olyan kicsi, hogy mérete egy rizsszemhez mérhető.
Ez azonban egy teljesen működőképes számítástechnikai rendszer, amely képes intelligens érzékelőként működni. Például az intraokuláris nyomás ellenőrzésére használják.
Meglepően alacsony teljesítmény
A megoldás egy apró Phoenix processzoron alapul, nagyon alacsony energiafogyasztással. A Phoenix processzor magra és perifériára oszlik. A mag egy 8 bites CPU-ból, 52 x 40 bites véletlen hozzáférésű adatmemóriából (DMEM), 64 x 10 bites véletlen elérésű memóriából (IMEM) és 64 darab 10 bites utasítás-csak olvasható memóriából (IROM) áll. valamint a teljesítményvezérlő egység.A periféria egy vezérlő időzítőt és egy hőmérséklet-érzékelőt tartalmaz, de a szükséges funkcionalitástól függően további 8 szenzort lehet hozzáadni.
A mag és a perifériák egy egyszerű aszinkron protokollt használó rendszerbusszal kommunikálnak. A Phoenix processzor ideje nagy részét készenléti módban tölti. A watchdog időzítő, amely egy alacsony áramú oszcillátor, felébreszti a processzort, és elkezdi feldolgozni és tárolni a hőmérséklet-érzékelő leolvasásait. Egy feladat elvégzése után a processzor visszatér készenléti módba, és várja a következő parancsot – ez a megközelítés komolyan csökkentheti az energiafogyasztást.
A CPU és a többi logikai modul leválasztható a tápegységről, ha szolgáltatásaik nem szükségesek, de a memória (IMEM és DMEM) nem, mivel a ráírt adatokat tárolnia kell. Ezért továbbra is az SRAM modulok a fő energiafogyasztók. Emiatt a tervezők olyan technikákat alkalmaznak, amelyek csökkentik az áramszivárgást, például a tranzisztorok bemenetein lévő magas feszültségszinteket. Ugyanebből a célból megnöveltük a kapuzási impulzus időtartamát.
Az energiafogyasztás további csökkentése érdekében a DMEM úgynevezett szabad listával működik. Ez a CPU által kezelt lista információkat tartalmaz a DMEM memória használt vonalairól. A DMEM 26 kapcsolóval rendelkezik (mindegyik 2 sorhoz csatlakozik), amelyek készenléti módban szelektíven kapcsolják ki az áramot a szabad memórialista állapota alapján.
A fejlesztők IMEM és DMEM segítségével is optimalizálták a CPU teljesítményét. Az IMEM-mel való munkához az alapvető parancsok minimális készletét kell használni. Az utasítás hossza 10 bitre korlátozódik, a népszerű műveletek rugalmas címzési módszereket használnak, a kevésbé népszerűek pedig implicit operandusokat. A processzor hardveres tömörítési támogatást is tartalmaz a memóriakapacitás maximalizálása érdekében.
A virtuális memóriacím-leképezés a DMEM-ben rögzített Huffman-algoritmus segítségével történik. Maga a DMEM statikus és dinamikusan meghatározott blokkra van felosztva. A virtuális memória minden 16 bájtja egy statikus szakaszsort kap. Ha egy memóriaírás túlcsordulást okoz, a felesleg mutatónként átkerül a dinamikus szakaszba.
Ami a beépített hőmérséklet-érzékelőt illeti, annak diagramja a fenti ábrán látható. Egy hőmérséklettől független áramforrás (Iref) és egy áramforrás, amelynek leolvasott értéke az abszolút hőmérséklettől függően (Iptat) csatlakozik egy gyűrűs oszcillátorhoz, amely a hőmérsékleti információkat impulzusokká alakítja. Ezeket a jeleket azután egy összegző számlálóhoz táplálják, amely digitális adatokat generál. Mivel a hőmérséklet-érzékelő értékét nem kell hosszú ideig tárolni, az üresjárati időkben kikapcsol, hogy további energiát takarítson meg.
Munkájuk során a tudósok tesztelték a Phoenix processzort, és megállapították, hogy az aktív módban 297 nW-ot fogyaszt, készenléti módban pedig csak 29,6 pW-ot.
Miből készül a "szendvics"?
A processzoron kívül a Michigan Micro Mote több más „réteggel” is ellátja funkcióját. Az egyik a napelem - egy 1 négyzetmilliméter területű napelem 20 nW teljesítmény előállítására képes.
A készülék a napelemek mellett egy vezérlőmodulból, egy rádiómodulból, egy szenzorrendszer interfészből, magából a processzorból, egy akkumulátorból és egy teljesítményszabályozó elemből áll.
A rétegek egy speciálisan kialakított univerzális interfészen, az MBuson keresztül kommunikálnak egymással. Ebben az esetben a tudósok egyszerűen lecserélhetik az egyik réteget egy másikra, új típusú nyomkövető eszközt valósítva meg. Ez a kialakítás jelentősen csökkenti a gyártási költségeket.
Út a mikrojövőhöz
„Jelenleg a számítógépek közötti üzenetküldési technológia fejlesztésén dolgozunk” – mondja Blaauw. – Eddig 20 méteres távolságot sikerült elérnünk. Ez komoly előrelépés, hiszen a készülék első verziói mindössze 50 centiméteres információt tudtak továbbítani."
A michigani tudósok az ISSCC konferencián mutatták be a technológia képességeit.
A lefedettségi terület bővítésének akadálya továbbra is az antenna mérete és a teljesítmény növelésének szükségessége az információ nagy távolságra történő továbbításához, ami befolyásolja az energiafogyasztást.
A kutatók más lépéseket is tesznek a mikroszámítógép fejlesztése érdekében. Folyamatosan fejlesztik például a készülék memóriáját – a Micro Motes korábbi generációi mindössze 8 kilobájt SRAM-ot használtak fel, ami miatt alkalmatlanok voltak hang- és képfeldolgozásra. Ezért a tudósok csapata 1 megabájt flash memóriával szerelte fel az új számítógépeket.
Sőt, az ISSCC-n bemutatott egyik Micro Mote eszköz mélytanuló processzorral is rendelkezik. A mikromodul képes volt vezérelni egy neurális hálózatot, miközben mindössze 288 μW-ot fogyasztott. Az ilyen feladatokhoz általában nagy memóriabankok és a modern GPU-k által biztosított számítási teljesítmény szükséges.
Blaauw azt mondja, induló CubeWorks cégük már prototípusokat készít és piackutatást végez. A tudósok azt remélik, hogy 2 éven belül lesznek olyan térfigyelő kamerák, amelyek képesek azonosítani a keresett elkövetőt az arra járó emberek között, és más okoseszközök az IoT világából.
