La computadora más pequeña y poderosa del mundo. "Polvo inteligente": cómo funciona la computadora Micro Mote más pequeña de Michigan. Reproducción de películas y vídeos

El pasado mes de marzo, AlphaGo, desarrollado por Google DeepMind, derrotó a uno de los mejores maestros de Go del mundo, Lee Sedol. Esta serie de juegos se ha convertido en un indicador de lo que son capaces de hacer las redes neuronales. Y encuentran uso en otras aplicaciones (menos globales), como programas para detectar malware o traducir texto en imágenes.

Se espera que el mercado de software de aprendizaje profundo tenga un valor de más de mil millones de dólares en un futuro próximo. Por lo tanto, los investigadores están diseñando chips especiales que puedan manejar este tipo de aplicaciones.

Entre ellos destacan Google, Nvidia, Qualcomm y otros, pero hoy nos gustaría hablar del desarrollo de científicos de la Universidad de Michigan, el proyecto Michigan Micro Mote, un ordenador con un volumen de un milímetro cúbico.

El director ejecutivo de SoftBank, Masayoshi Son, ha predicho que la cantidad de dispositivos IoT alcanzará el billón en 2035. Sin embargo, los dispositivos modernos, como cámaras, micrófonos, cerraduras, termostatos, tienen un inconveniente: no pueden analizar la información por sí solos, por lo que la transmiten constantemente a la nube, gastando energía.

Investigadores de la Universidad de Michigan se han propuesto resolver este problema y fabricar ordenadores pequeños e inteligentes con sensores para IoT.

"Es difícil imaginar la cantidad de datos que generará un billón de dispositivos", dice el profesor de la Universidad de Michigan, David Blaauw. "Al crear sensores pequeños y energéticamente eficientes que puedan analizar sobre la marcha, haremos que nuestro entorno sea más seguro y ahorraremos electricidad".

Es el problema del consumo de energía lo que debería resolver el ordenador Michigan Micro Mote, que es tan pequeño que es comparable en tamaño a un grano de arroz.

Sin embargo, se trata de un sistema informático con todas las funciones capaz de actuar como un sensor inteligente. Por ejemplo, se utiliza para controlar la presión intraocular.

Sorprendentemente baja potencia

En el corazón de la solución se encuentra un pequeño procesador Phoenix con un consumo de energía muy bajo. El procesador Phoenix se divide en núcleo y periféricos. El núcleo consta de una CPU de 8 bits, una memoria de acceso aleatorio de 52 x 40 bits para datos (DMEM), una memoria de acceso aleatorio de 64 x 10 bits (IMEM) y una ROM (IROM) de 64 x 10 bits para instrucciones. así como la unidad de control de la fuente de alimentación.

Los periféricos incluyen un temporizador de control y un sensor de temperatura, pero a su número se pueden añadir 8 sensores más, dependiendo de la funcionalidad requerida.

Diagrama del procesador Phoenix ()

El núcleo y los periféricos se comunican mediante un bus del sistema mediante un protocolo asíncrono simple. El procesador Phoenix pasa la mayor parte de su tiempo en modo listo. El temporizador de vigilancia, que es un oscilador de baja corriente, activa el procesador y comienza a procesar y almacenar las lecturas del sensor de temperatura. Una vez completada la tarea, el procesador vuelve al modo listo y espera el siguiente comando; este enfoque puede reducir significativamente el consumo de energía.

La CPU y otros módulos lógicos se pueden desconectar de sus fuentes de alimentación cuando no se requieren sus servicios, pero la memoria (IMEM y DMEM) no, ya que debe almacenar los datos escritos en ella. Por tanto, los módulos SRAM siguen siendo los principales consumidores de energía. Por esta razón, los desarrolladores utilizan técnicas diseñadas para reducir la corriente de fuga, como los altos niveles de voltaje en las entradas de los transistores. Con el mismo fin, se aumentó la duración del pulso estroboscópico.

Arquitectura de memoria de datos (DMEM) con celda SRAM ()

Para reducir aún más el consumo de energía, DMEM trabaja con la llamada lista libre. Esta lista, gestionada por la CPU, contiene información sobre las líneas en uso en la memoria DMEM. El DMEM tiene 26 interruptores (cada uno conectado a 2 líneas) que apagan selectivamente la corriente en el modo listo, según el estado de la lista libre.

Los desarrolladores también han optimizado el rendimiento de la CPU con IMEM y DMEM. Para trabajar con IMEM, se utiliza un conjunto mínimo de comandos básicos. La longitud de la instrucción está limitada a 10 bits; las operaciones más populares utilizan métodos de direccionamiento flexibles y las menos populares utilizan operandos implícitos. El procesador también cuenta con soporte de hardware para compresión para maximizar la capacidad de la memoria.

El mapeo de direcciones de memoria virtual en DMEM se realiza mediante un algoritmo fijo de Huffman. El propio DMEM se divide en bloques estáticos y definidos dinámicamente. Cada 16 bytes de memoria virtual obtiene una fila de la sección estática. Si una escritura en memoria provoca un desbordamiento, el exceso se transfiere a la sección dinámica en el puntero.

Circuito del sensor de temperatura ()

En cuanto al sensor de temperatura incorporado, su circuito se muestra en la figura anterior. Una fuente de corriente independiente de la temperatura (Iref) y una fuente de corriente cuyas lecturas cambian según la temperatura absoluta (Iptat) están conectadas a un oscilador en anillo que convierte la información de temperatura en pulsos. Luego, estas señales se envían a un totalizador que genera datos digitales. Dado que no es necesario almacenar el valor del sensor de temperatura durante mucho tiempo, se apaga durante el tiempo de inactividad para ahorrar aún más energía.

En su trabajo, los científicos probaron el procesador Phoenix y descubrieron que consume 297 nW en modo activo y sólo 29,6 pW en modo de espera.

¿De qué está hecho un "sándwich"?

Además del procesador, Michigan Micro Mote tiene varias otras "capas" que realizan sus funciones. Uno de ellos son los paneles solares: una célula solar con un área de 1 milímetro cuadrado es capaz de producir 20 nW de energía.

Corte Michigan Micro Mote ()

Además de los paneles solares, el dispositivo consta de un módulo de control, un módulo de radio, una interfaz del sistema de sensores, un procesador, una batería y un elemento de control de energía.

Las capas se comunican entre sí mediante una interfaz universal especialmente diseñada llamada MBus. En este caso, los científicos pueden simplemente reemplazar una de las capas por otra, implementando un nuevo tipo de dispositivo de seguimiento. Este diseño reduce en gran medida el coste de producción.

El camino hacia el microfuturo

"Ahora estamos trabajando para mejorar la tecnología de mensajería entre ordenadores", afirma Blaauw. - Hasta ahora hemos logrado alcanzar una distancia de 20 metros. Se trata de una mejora importante, ya que las primeras versiones del dispositivo sólo podían transmitir información a más de 50 centímetros.

Los científicos de Michigan demostraron las capacidades de la tecnología en la conferencia ISSCC.

Los obstáculos para ampliar el área de cobertura siguen siendo el tamaño de la antena y la necesidad de aumentar la potencia para transmitir información a largas distancias, lo que afecta el consumo de energía.

Los investigadores están tomando otras medidas para mejorar la microcomputadora. Por ejemplo, mejoran constantemente la memoria del dispositivo: las generaciones anteriores de Micro Mote usaban solo 8 kilobytes de SRAM, lo que los hacía inadecuados para el procesamiento de audio y video. Por ello, un equipo de científicos dotó a los nuevos ordenadores de una memoria flash de 1 megabyte.

Además, uno de los dispositivos Micro Mote presentados en la ISSCC tenía a bordo un procesador de aprendizaje profundo. El microgadget pudo controlar la red neuronal y consumió solo 288 microvatios. Normalmente, estas tareas requieren grandes bancos de memoria y potencia de procesamiento proporcionada por las GPU modernas.

Blaauw dice que su startup CubeWorks ya se dedica a la creación de prototipos de dispositivos y a la investigación de mercado. Los científicos esperan que dentro de dos años haya cámaras de vigilancia que puedan detectar a un delincuente buscado entre las personas que pasan y otros dispositivos inteligentes del mundo IoT.

Los ordenadores pequeños todavía no son muy populares, pero estoy seguro de que muchos usuarios los apreciarán. Personalmente, antes había mirado computadoras pequeñas, pero en ese momento no había a la venta una mini computadora con Windows que pudiera reemplazar a una computadora de escritorio.

Por supuesto, hay portátiles que son compactos y versátiles, pero pueden sustituir a la unidad del sistema. Pero para mi en portátiles baratos Hay 2 desventajas principales:

1. Las computadoras portátiles tienen un tamaño de pantalla pequeño y una resolución pequeña. La calidad de la pantalla es muy pobre, la imagen se desvanece cuando se desvía del ángulo correcto.
2. Las computadoras portátiles económicas no incluyen un SSD, y esto es una gran desventaja para el rendimiento.

Por supuesto, una computadora portátil no es reemplazable cuando viajo, y tengo una computadora portátil que llevo conmigo, pero cuando se trata de usarla en casa, personalmente prefiero un monitor de gran diagonal, alta resolución y matriz IPS. Por estas razones elegí la mini PC.

Hablemos de todo en orden, hoy hablamos de una pequeña computadora silenciosa que puede reemplazar la unidad del sistema:

La mini computadora viene en una caja pequeña,


El paquete incluye:


1 - la computadora misma
2 - fuente de alimentación
3 - cable 220V
4 - dos antenas Wi-FI, tornillos de montaje. Por separado, compré un soporte para monitor VESA del mismo vendedor.
5 - tornillos de fijación
6 - Soporte VESA (no incluido, debe pedirse por separado)

Dimensiones

Como puede ver, las dimensiones de la computadora son muy compactas 14 x 11 x 3,5 cm, las dimensiones son comparables a las dimensiones de un disco duro de escritorio de 3,5 ″:

Especificaciones

En general, puedes comprar esta pequeña computadora en diferentes configuraciones, te daré enlaces a continuación. Mientras tanto, hablemos de este caso en particular.

Conectores externos

Todos los conectores están ubicados en dos extremos opuestos.
Por un lado

• botón de encendido
• conector de alimentación
• 1 puerto USB 3.0
• 4 puertos USB 2.0

Desde el otro lado

• 2 conectores de antena
• Salida de audio de 3,5″
• Conector para micrófono de 3,5″
• Adaptador de red RJ-45
• Salida HDMI
• salida VGA

que hay dentro

Si miramos el interior del mini ordenador, veremos que todo su interior es compacto. Aquí puede ver 1 ranura SO-DIMM con un módulo de memoria, un conector mSATA con una unidad SSD insertada, un conector Mini PCIE con un módulo Wi-Fi insertado.


Y también hay un conector SATA para conectar un disco duro y un conector de alimentación no estándar para un disco duro. No intenté conectar un disco adicional porque no había ningún cable de alimentación. Y, sinceramente, dudo que sea posible montarlo en este caso, al menos no hay soportes para ello.

Enfriamiento

El sistema de refrigeración aquí es pasivo, es decir, en esta computadora. no hay fans, y la carcasa acanalada de una pequeña computadora es responsable de la disipación del calor. Con los requisitos declarados para la disipación de calor del procesador: TDP 7,5 W, la carcasa hace un buen trabajo con la disipación de calor. En cuanto al sobrecalentamiento, hasta que lo encontré, la computadora nunca se colgó ni se apagó en 2 meses.

La temperatura se midió utilizando el sensor integrado en el procesador; durante todas las pruebas, esto es aproximadamente 80 minutos. Como puedes ver en las medidas:

• temperatura mínima era 40°C
• Temperatura máxima era 50°C

Donde margen de temperatura crítica estaba a 50°C del máximo.

La ausencia de ventilador y disco duro clásico es una ausencia total de ruido, para mí esto es una gran ventaja.

Sistema operativo

La computadora venía preinstalada con Windows 7 en inglés, la copia no tenía licencia. Inmediatamente instalé los controladores de Windows 8.1 x64, instalé todo, lo único que hice fue actualizarlos.


Los sistemas Linux en este niño funcionan, Live CD Ubuntu se inició sin problemas. Creo que todas las demás distribuciones también funcionarán bien.

Las características de la computadora indican que es compatible con el viejo Windows XP, pero no instalé este sistema, por lo que no puedo decir con certeza qué tan correctamente funciona y cómo van las cosas con los controladores.

Actuación

Te lo diré enseguida jugadores: esta computadora no es para ustedes! Como ya escribí, los gráficos aquí son Intel HD Graphics, integrados en el procesador, desafortunadamente no funcionarán para juegos modernos. Pero para algunos juegos es suficiente.

Si elige una computadora que ocupe poco espacio, para trabajar en Internet, trabajar en aplicaciones de oficina, mirar videos y escuchar música, trabajar en Photoshop y otros editores gráficos, entonces puede estar seguro de que este niño podrá ¡Haga frente fácilmente a todas estas tareas!

Prueba de rendimiento

Para medir el rendimiento se utilizó la prueba PerformanceTest 8, puede descargarla en esta página del sitio www.passmark.com, en esta prueba:

• Puntuación general computadora 680.4-709.0
• UPC mostró un resultado un 30% inferior al del Core2Duo E8400
• Artes graficas, como era de esperar, débil, aproximadamente 2 veces más lenta que la Radeon 6450
• Por prueba de memoria detrás de DDR2 - 16%, detrás de DDR3 - más del 37%
• Disco mostró un resultado 2,5 veces más rápido que las unidades convencionales y un 38% más lento que otras unidades SSD

Resultados detallados de la prueba:
gráficos 2D:

gráficos 3D:

UPC:

Memoria:

Disco:

Resultado final:

Seguramente pocas personas pensaron en el hecho de que existen computadoras en el mundo cuyo tamaño no excede el de una tarjeta bancaria. ¿Crees que no es realista? Y aquí no es así. Existen PC similares y, además, uno de ellos se presentó precisamente este año. Sin embargo, ¿por qué no repasar todos los modelos conocidos de PC "pequeños"? En el material de hoy hablaremos sobre cuáles son las computadoras más pequeñas del mundo. Será interesante e informativo. ¡Ir!

CHIP.

Entonces, se abre la lista de hoy, una computadora de C. H. I. P. Este dispositivo fue creado en 2015. Las dimensiones de la computadora son asombrosas: 45 x 30 mm. Así, el ordenador más pequeño del mundo se puede guardar fácilmente en una cartera, un bolsillo o una caja de cerillas.

La computadora está basada en el procesador GR8. La frecuencia del reloj es de 1 GHz. La cantidad de RAM es de 256/512 MB y el disco duro tiene una capacidad de hasta 4 GB. También hay módulos integrados de Wi-Fi y Bluetooth.

Se conecta C. H. I. P. a través de una placa base especial que tiene un puerto USB. También puede conectar un monitor externo, teclado, mouse, parlantes y cable Ethernet a la placa.

Los creadores de C. H. I. P. también afirman que si conectas 1 o 2 gamepads inalámbricos a su computadora, podrás jugar fácilmente a muchos juegos retro que se ejecutan en DOS. En general, el "Chip" no supone un problema para algunos trabajos de oficina sencillos, visualización de archivos multimedia y otras tareas no demasiado complejas.

El costo de la PC en este momento es de 16 dólares (1000 rublos) sin incluir la placa base.

edison

El segundo del mundo del que hablaremos es Edison de Intel. La mundialmente famosa empresa de procesadores no pudo quedarse al margen cuando comenzaron a aparecer pequeñas PC en el mundo y decidió dar su respuesta. En 2014 tuvo lugar la primera presentación de "Edison" y en 2015 ya comenzaron las ventas masivas.

El tamaño de la computadora de "Intel" es incluso más pequeño que el del "Chip": 35 x 25 mm. ¿Qué lograste colocar en un pedazo tan pequeño del tablero? Sí, de hecho, todo el conjunto estándar: un procesador con 2 núcleos Silvermont con una frecuencia de 500 MHz, 4 GB de memoria para el disco, 1 GB de RAM y módulos para Wi-Fi y Bluetooth. La antena para Wi-Fi, por cierto, puede ser de dos tipos: integrada y externa.

Edison se instala en una placa especial que viene con el kit. Las placas pueden ser diferentes, pero la más común es la compatible con Arduino. Esta computadora se conecta con bastante facilidad a través de los puertos USB de la placa. En lugar del sistema operativo estándar, puede instalar cualquier sistema operativo personalizado de su elección.

Como asegura el desarrollador Intel, en el futuro se creará una tienda de aplicaciones especial para Edison, similar a Google Play o Apple Store. Las capacidades de la computadora también son muy buenas: es adecuada no solo para trabajar, sino también para entretenerse.

CuBox-I 4 x 4

En tercer lugar entre los ordenadores más pequeños del mundo se encuentra el dispositivo CuBox. En apariencia, ya se parece más a una computadora compacta en una carcasa. Las dimensiones del "bebé" son 50 x 50 x 50 mm. El estuche tiene conectores HDMI, una ranura para tarjeta de memoria micro-SD y un conector para cable de alimentación.

En cuanto a las características técnicas, el procesador aquí es un chip Freescale iMX6 construido sobre la arquitectura Cortex A9. Su frecuencia de reloj es de 1,0-1,2 GHz. Incluso hay un chip gráfico separado que actúa como acelerador de video: Vivante GC2000. RAM del ordenador 4 GB. En cuanto al disco duro, utiliza una tarjeta de memoria micro-SD. El kit, por cierto, viene inmediatamente con una tarjeta de 8 GB. Se encuentra disponible soporte para todas las tecnologías inalámbricas. El "cubo" funciona con el sistema operativo Android, versión 4. 4. Lamentablemente, se desconoce si habrá una actualización a 5. 1 y superior.

En términos de capacidades, CuBox es muy comparable a las tabletas, sólo que mucho mejor en términos de rendimiento. La desventaja, quizás, es la imposibilidad de trabajar directamente con archivos exe y reinstalar el sistema operativo en cualquier otro. En cuanto al coste, puedes comprar un CuBox por 150-170 dólares (9500 - 10790 rublos).

Micromota de Michigan

Michigan Micro Mote es el nombre de la computadora más pequeña del mundo, que se ubica en el penúltimo lugar de la lista de hoy. Hasta hace poco, este dispositivo se consideraba el más pequeño. Las dimensiones de Micro Mote son simplemente asombrosas: solo 1 mm cúbico. Incluso una semilla o un grano de trigo es más grande que esta PC.

Sin embargo, ¿de qué puede presumir Micro Mote? Pues bien, existe un procesador Phoenix, que se divide en 2 partes. Uno actúa como CPU, mientras que el otro es directamente responsable de los periféricos, dispositivos de almacenamiento y una unidad de administración de energía.

Esta computadora, según sus capacidades, es más adecuada para algunos fines industriales o dispositivos portátiles. Juntos, pueden servir como varios sensores, por ejemplo, para medir temperatura, presión, etc. Además, una PC puede tomar fotografías, buscar minerales y controlar diversos componentes electrónicos. Por cierto, el ordenador se "alimenta" con energía solar, por lo que también es respetuoso con el medio ambiente.

IBM

Bueno, aquí llegamos al último lugar, que alberga con orgullo la computadora más pequeña del mundo de IBM. Las dimensiones del PC son 1 x 1 mm, que es incluso más pequeño que el de un cristal de la misma sal.

Cabe decir de inmediato que el objetivo principal del dispositivo es la industria, los dispositivos inteligentes y otros dispositivos electrónicos. Es decir, usar una computadora en casa no funcionará. La potencia del PC, como aseguran los desarrolladores de IBM, es comparable a la de los procesadores de los años 90, lo cual es bastante bueno para un dispositivo de este tipo. El procesador está equipado con cientos de miles de microtransistores, RAM tipo SRAM, un módulo fotográfico para fuente de alimentación, un indicador LED para notificación y envío de información, etc. Es curioso que en el procesador esté integrado un módulo blockchain con el que funciona la computadora. funciona bien.

Y aquí, de hecho, una foto de la computadora más pequeña del mundo:

Los desarrolladores también afirman que su pequeño ordenador se puede utilizar sin problemas como chip para rastrear el correo, como "cerebro" para controlar una casa inteligente, un coche, un avión y, por supuesto, como inteligencia artificial, que hasta ahora sólo puede realizar tareas simples, clasificar y procesar datos, pero en el futuro IBM promete ampliar las posibilidades.