Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон

Если же огонь не тлеет, а ярко горит, с прыгающим пламенем и гораздо меньшими (примерно в тысячу раз) частицами сажи, гораздо эффективнее окажется другой тип датчика дыма – ионизационный. В его основе лежит поистине удивительное вещество – крошечный кусочек америция. Америций – это радиоактивный элемент, впервые полученный искусственно в 1944 году в Калифорнийском университете в Беркли (США). Его присутствие в ионизационных пожарных извещателях порой настораживает людей из-за его радиоактивности. Однако вес америция в датчике обычно составляет лишь 1/3 мкг, что является невероятно малым количеством. Если попытаться представить себе этот вес наглядно, это в тысячу раз меньше, чем весит маленькая крупинка соли. Причем под «маленькой» я подразумеваю действительно маленькую крупинку мелкой поваренной соли, которую засыпают в солонки. Внутри датчика дыма америций находится в стальной капсуле, а она помещается в металлическую камеру. Тип излучения, испускаемого этим веществом, называется альфа-излучением. Альфа-частицы имеют очень большие размеры по сравнению с частицами других типов (бета и гамма). Их может полностью остановить даже тонкая металлическая фольга. Безопасные за пределами датчика, альфа-частицы простреливают пространство между двумя металлическими пластинами. И когда они попадают в молекулы газа в воздухе между пластинами, то выбивают электроны и создают электрически заряженные частицы, называемые ионами. Отсюда и название датчика. Поскольку ионы заряжены, они позволяют малому току течь между металлическими пластинами. Когда частицы дыма попадают в эту область (причем неважно, какого они размера), ионы прилипают к ним, снижая свою подвижность, и величина ионизационного тока уменьшается. Уменьшение до определенного значения извещатель воспринимает как сигнал тревоги. Когда это происходит, срабатывает сигнализация.

Итак, какой тип сигнализации лучше иметь в доме? Датчики обоих типов способны обнаружить пожар, но каждый из них выявит «свой» раньше, чем другой. В некоторых странах ионизационные пожарные извещатели не рекомендуются или даже запрещены. Однако они хороши тем, что с меньшей вероятностью отреагируют на такое бытовое происшествие, как подгоревшие тосты или пар из чайника. Очевидно, что любой датчик дыма лучше, чем никакого, поэтому, если хоть малейшая возможность пожара существует, свяжитесь с пожарными экспертами и проконсультируйтесь, какой тип датчика выбрать. Также важный момент, который стоит упомянуть, заключается в том, что, по оценкам, треть всех установленных в домах пожарных извещателей не функционирует либо из-за разряженных батарей, либо из-за того, что они забиты пылью или даже закрашены во время ремонта. Помните: установка датчиков дыма – это только начало, им тоже необходимо регулярное обслуживание и проверка работоспособности.

Исчезающий транзистор и закон Мура

Весной 2005 года корпорация Intel – крупнейший в мире производитель полупроводников – разместила на eBay объявление о награде в размере 10 000 долларов за экземпляр апрельского выпуска журнала Electronics Magazine 1965 года. На другой стороне Атлантики скряга Дэвид Кларк увидел это объявление и понял, что ему, возможно, очень повезло. У него в доме под половицами, как раз для такого случая, была спрятана коллекция этих журналов, включая весьма ценный апрельский выпуск 1965 года. Так что Дэвид Кларк получил свою награду.

Почему гигант-производитель кремниевых чипов Intel решил заполучить экземпляр журнала сорокалетней давности, становится ясно, если посмотреть на страницы 114–117 выпуска. Там напечатана статья Гордона Мура, в которой автор попытался предсказать будущее электронной промышленности – отрасли, по-настоящему начавшей развиваться лишь в 1947 году, после изобретения основного «кирпичика» кремниевого чипа. Я говорю о транзисторе. Мур заметил, что до момента публикации этой статьи количество транзисторов, которые можно было втиснуть в один чип, удваивалось каждые два года. Далее он высказал предположение, что эта тенденция будет сохраняться и в обозримом будущем. Это его наблюдение стало известно как закон Мура, и он в значительной степени соблюдается до сих пор. Через три года после написания этой статьи Гордон Мур стал одним из основателей корпорации Intel. Однако 37 лет спустя выяснилось, что в архивах промышленного гиганта нет ни одного экземпляра этой классической статьи.

Начиная с первых дней развития электроники, когда Мур писал свои книги, и вплоть до расцвета индустрии персональных компьютеров в 1980-х годах количество транзисторов и, следовательно, вычислительная мощность действительно удваивались каждые два года. В 1978 году мы полагали, что достигли грандиозных высот в разработке компьютерных чипов, выпустив процессор Intel 8086, который содержал более 20 000 отдельных транзисторов. С тех пор произошло примерно 17 удвоений: как и предсказывал Мур, последние микропроцессоры[17] имеют умопомрачительное количество транзисторов – 2,5 миллиарда штук. Мы перешли от двойки с четырьмя нулями (20 000) к двойке с девятью нулями (2 000 000 000).

Просто удивительно, как быстро росли эти значения и как близки они оказались к предсказаниям Мура. Хотя кое-кто может подумать, будто это так называемое самореализующееся пророчество. С 2000 года группа отраслевых ассоциаций публикует «Международный план по развитию полупроводниковой технологии». Этот документ устанавливает цели для полупроводниковой промышленности, включая такие аспекты, как количество транзисторов в микропроцессорах. Частично при постановке целей этот документ опирается на закон Мура.

К сожалению, закон Мура рано или поздно все же перестанет быть верным. Сам автор писал в статье: «Это не может продолжаться вечно. Природа экспонент такова, что однажды вы откажетесь от них, ибо они ведут к катастрофе». Хотя я не совсем уверен, что это будет именно катастрофа, насчет экспонент основатель корпорации Intel точно прав: скорость, с которой растет экспонента, становится все выше и выше. Поскольку транзисторов, согласно закону Мура, становится все больше, их размер неуклонно уменьшается. В конце концов мы достигнем рубежа, когда транзистор должен будет стать меньше атома, что явно невозможно.

Хотя здесь не все так очевидно. Мы уже подходим к предельному уровню миниатюризации, но, похоже, есть и другие, более хитрые подходы к решению проблемы увеличения вычислительной мощности. Ведь мало просто взять нужное количество транзисторов и поместить их на кремниевый чип: необходимо также сжать все проводниковые соединения между транзисторами до минимума (время прохождения битов имеет значение!). Одним из значительных скачков вперед в разработке микропроцессоров стало изобретение новых способов соединения транзисторов. Шины теперь занимают меньше места, оставляя пространство для еще большего количества транзисторов. Исследователи также придумали способы, как выполнять больший объем вычислительной работы с помощью транзисторов, которые у них уже есть.

Как долго закон Мура будет оставаться верным, нам еще предстоит выяснить. Некоторые аналитики считают, что мы уже прошли этот рубеж и рост числа транзисторов скоро выйдет на плато. Другие, включая самого Мура, склоняются к тому, что у нас еще есть немного времени. Может