При́нцип Ланда́уэра — принцип, сформулированный в 1961 году Рольфом Ландауэромruen (IBM)[1] и гласящий, что в любой вычислительной системе, независимо от её физической реализации, при потере 1 бита информации выделяется теплота в количестве по крайней мере W джоулей:
где kB — константа Больцмана, T — абсолютная температура вычислительной системы в кельвинах.
Накладываемые этим принципом ограничения можно обойти путём реализации обратимых вычислений.
Выражением Шеннона — фон Неймана — Ландауэра (Shannon—von Neumann—Landauer, SNL) называют минимальную энергию Ebit, необходимую для обработки 1 бита (либо — минимальную высоту барьера, необходимую для разделения двух состояний электрона ESNL)[2]:
При T = 300 K энергия ESNL ≈ 0,017 эВ ≈ 2,7×10−21 Дж.
Несмотря на то, что увеличение энтропии при стирании одного бита чрезвычайно невелико, современные микросхемы имеют в себе миллиарды транзисторов, переключающихся на частотах до нескольких гигагерц (миллиардов раз в секунду), что увеличивает количество теплоты от стирания информации до измеримых величин.
В начале XXI века компьютеры при обработке одного бита рассеивали примерно в миллион раз больше тепла, чем предсказано принципом. Однако на начало 2010-х разница снизилась до нескольких тысяч[3][4], и предсказывается дальнейшее приближение к пределу Ландауэра в течение ближайших десятилетий.
Литература
- Рольф Ландауэр «Необратимость и выделение тепла в процессе вычислений»,
- Перевод И. О. Чередникова, А. Г. Холмской, опубликован в «Квантовый компьютер и квантовые вычисления. Том 2», 1999, ISBN 5-7029-0338-2, стр 9-32;
- оригинал: Rolf Landauer: «Irreversibility and heat generation in the computing process» / IBM Journal of Research and Development, vol. 5, pp. 183–191, 1961.
Примечания
- ↑ C.H. Bennet and A.B. Fowler. Rolf W. Landauer 1927—1999. A Biographical Memoir (англ.). National Academy of Sciences (2009). Проверено 14 января 2016.
- ↑ Hybrid Route From CMOS to Nano and Molecular Electronics. C.F. Cerofolini, D. Mascolo, опубликовано в «Nanotechnology for electronic materials and devices», ISBN 978-0387-23349-9, page 16-18
- ↑ Bérut, Antoine, et al. «Experimental verification of Landauer’s principle linking information and thermodynamics.» Nature 483.7388 (2012): 187—189: pdf «From a technological perspective, energy dissipation per logic operation in present-day silicon-based digital circuits is about a factor of 1,000 greater than the ultimate Landauer limit, but is predicted to quickly attain it within the next couple of decades»
- ↑ Тепло, в тысячи раз превышающее предел Ландауэра, выделяется в процессе заряда-разряда паразитных RC-цепочек, которые образованы ёмкостью затворов и p-n-переходов, и сопротивлением внутренних проводников и омических контактов микросхем.
Ссылки
- Роль обратимости в компьютерных технологиях будущего Опубликовано в журнале «Компьютерра» № 14 от 28 апреля 2004 года
- Samuel K. Moore, Landauer Limit Demonstrated. Scientists show that a 50-year-old principle limiting future CMOS computing is real: Erasing information gives off heat // IEEE Spectrum, 7 Mar 2012
 |
Это заготовка статьи по физике. Вы можете помочь проекту, дополнив её. |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .