سخت افزار (hardware) به‌ویژه سخت افزار رایانه، به ماشین‌ها، سیم‌کشی و سایر اجزای فیزیکی که در یک رایانه یا سیستم الکترونیکی وجود دارد، اشاره دارد.

این دستگاه ها از سیگنال های الکتریکی و دستورالعمل های دیکته شده توسط نرم افزار برای پردازش و انجام وظایف استفاده می کنند.

تعریف سخت افزار کامپیوتر

سخت افزار کامپیوتر هر وسیله ای است که به کامپیوتر اجازه عملکرد می دهد، سخت‌افزار با ساخت مدارهایی با اجزای الکترونیکی ایجاد می‌شود و می‌تواند در داخل رایانه یا به عنوان یک دستگاه خارجی که به پورت‌های رایانه متصل می‌شود، وجود داشته باشد.

همه این دستگاه‌ها باید در وضعیت مناسبی باشند و سیگنال‌ها را به درستی ارسال کنند تا کامپیوتر بدون خطا کار کند، و تقریباً تمام قطعات سخت‌افزاری را می‌توان جایگزین کرد و ارتقا داد تا یک رایانه قدرتمندتر ایجاد شود.

به‌روزرسانی‌های سخت‌افزاری محبوب شامل نصب RAM برای افزایش کل حافظه قابل دسترس رایانه یا جایگزینی مانیتور با صفحه‌نمایش با کیفیت بالاتر است.

سخت افزار کامپیوتر را می توان به دو دسته سخت افزار کامپیوتر داخلی و سخت افزار کامپیوتر خارجی تقسیم کرد.

نمونه های سخت افزار کامپیوتر داخلی: واحد پردازش مرکزی (CPU)، مادربرد، درایوهایی مانند درایو CD، هارد دیسک و درایو حالت جامد، منبع تغذیه، رم و مودم هستند.

مثال‌های سخت‌افزار کامپیوتر خارجی: دستگاه‌های خروجی، مانند مانیتور. دستگاه های ورودی مانند ماوس، صفحه کلید یا کنترل کننده بازی؛ چاپگر؛ بلندگو، دوربین خارجی؛ درایو USB خارجی

نیمه هادی چیست؟

نیمه هادی ها را می توان در بسیاری از فناوری های روزمره از جمله گوشی های هوشمند، تلویزیون ها، کنسول های بازی، یخچال ها و لامپ های LED یافت.

نیمه هادی ماده جامدی است که رسانایی بین عایق و فلز را فراهم می کند. یکی از پرکاربردترین نیمه هادی ها، سیلیکون است که عنصر کلیدی در ایجاد قطعات الکترونیکی و همچنین نام دره سیلیکون (Silicon Valley) است که به عنوان مرکز فناوری مدرن شناخته می شود.

از آنجایی که نیمه هادی ها را می توان هم در وسایل روزمره و هم در ماشین های پیچیده یافت، شرکت های نیمه هادی بیشتری در حال ظهور هستند تا تقاضا برای این فناوری را برآورده کنند.

برترین شرکت های نیمه هادی

• Advantest

• AMD

• شرکت اپل

• Applied Materials

• Qualcomm

• Cadence Design Systems

• HRL Laboratories

• KLA

• Cree

• شرکت اینتل

ابر رایانه ها و محاسبات کوانتومی

تعریف ابر رایانه

ابرکامپیوتر دسته‌ای از کامپیوترهای بسیار قدرتمند است و اغلب در سیستم‌های با قدرت بالا در یک زمان معین استفاده می‌شود.

ابررایانه های مدرن شامل ده ها هزار پردازنده هستند، تریلیون ها محاسبه در ثانیه انجام می دهند، عمدتاً بر روی سیستم عامل لینوکس اجرا می شوند و از چندین رایانه تشکیل شده اند که پردازش موازی را انجام می دهند.

ابرکامپیوترها برای استفاده در برنامه های بلادرنگ ایده آل هستند و برای فرآیندهای محاسباتی فشرده و سنگین بسیار مهم هستند.

علاوه بر این پیشرفت‌ها در محاسبات با کارایی بالا، شرکت‌ها را قادر می‌سازد تا از مدل سنتی نگهداری یک ابررایانه در محل به نفع سرورهای راه دور مقیاس‌پذیر که قادر به تولید قدرت پردازشی عظیم هستند، اجتناب کنند.

سخت افزار سوپرکامپیوتر

صدها هزار جزء منفرد ابر رایانه ها و دستگاه های یکپارچه آنها را تشکیل می دهند. بیشتر آنها برای پشتیبانی از فرآیندهای داخلی طراحی شده‌اند که ابررایانه‌ها را قادر می‌سازد تا مقادیر زیادی توان محاسباتی تولید کنند.

انواع سخت افزار سوپرکامپیوتر

پردازنده ها

ابر رایانه ها دارای ده ها هزار پردازنده برای انجام میلیاردها محاسبات فشرده در یک ثانیه هستند. این پردازنده ها دستورالعمل های برنامه را برای انجام محاسبات و شروع دسترسی به حافظه واکشی و اجرا می کنند.

حافظه

ابررایانه ها دارای حجم بالایی از حافظه هستند که به دستگاه اجازه می دهد در هر زمان به اطلاعات دسترسی داشته باشد. یک بلوک حافظه با گروهی از پردازنده ها بسته بندی شده است که یک گره ایجاد می کنند. ابرکامپیوترهای مدرن می‌توانند حاوی ده‌ها هزار گره باشند.

اتصال به یکدیگر

به جای گره هایی که به طور همزمان روی وظایف جداگانه کار می کنند، این اتصال به گره ها اجازه می دهد تا به طور جمعی روی یک راه حل برای یک کار واحد کار کنند. این اتصال همچنین یک اتصال بین گره ها و دستگاه های ورودی/خروجی ایجاد می کند.

سیستم ورودی/خروجی

سیستم ورودی/خروجی شامل ذخیره‌سازی دیسک، شبکه و دستگاه‌های نوار است که همگی برای پشتیبانی از زیرسیستم جانبی در جای خود قرار دارند.

منبع تغذیه

ابر رایانه ها اغلب به بیش از پنج مگاوات توان محاسباتی نیاز دارند. به همین دلیل، منابع تغذیه به طور مداوم در حال ارتقاء و به روز رسانی هستند تا با نیازهای توسعه مطابقت داشته باشند.

محاسبات کوانتومی (Quantum Computing Explained)

محاسبات کوانتومی یک روش محاسباتی منحصر به فرد و پیشرفته با توانایی مقیاس نمایی است که پتانسیل پیشرفت در علم مواد، داروسازی، یادگیری ماشینی، چاپ سه بعدی، تشخیص بیماری و سایر زمینه ها را تقریباً بی حد و حصر می کند.

برخلاف محاسبات کلاسیک، که بیت‌های فردی را که اطلاعات را به صورت دودویی 0 و 1 ذخیره می‌کنند دستکاری می‌کند، رایانه‌های کوانتومی برای تولید بیت‌های کوانتومی یا کیوبیت‌ها به مکانیک کوانتومی متکی هستند.

کیوبیت ها ذرات زیراتمی مانند الکترون ها و فوتون ها هستند که برای ایجاد یک حالت کوانتومی کنترل شده ایزوله شده اند. ویژگی های کوانتومی به هر گروه متصل از کیوبیت ها اجازه می دهد تا قدرت پردازشی قابل توجهی بیشتری نسبت به تعداد معادل بیت های دودویی ارائه دهند. دو ویژگی که این امکان را فراهم می کند، برهم نهی و درهم تنیدگی است.

برهم نهی (Superposition)

در حالی که وجود باینری فقط در یکی از دو حالت، 1 یا 0 امکان پذیر است، کیوبیت ها به طور غیرمستقیم کار می کنند و قادرند ترکیب های ممکن متعددی از 1 و 0 را در یک زمان معین نشان دهند. توانایی وجود همزمان در چندین حالت همان چیزی است که به عنوان برهم نهی شناخته می شود و این به یک کامپیوتر کوانتومی اجازه می دهد تا تعداد زیادی از نتایج بالقوه را به طور همزمان تجزیه و تحلیل کند. هنگامی که نتیجه نهایی یک محاسبه اندازه گیری شد، کیوبیت به 1 یا 0 سقوط می کند.

در هم تنیدگی (Entanglement)

این زمانی اتفاق می‌افتد که دو کیوبیت در یک حالت کوانتومی واحد وجود داشته باشند و هر تغییری به یک کیوبیت بدون در نظر گرفتن فاصله فیزیکی منجر به همان تغییر در دیگری می‌شود. درهم تنیدگی چیزی است که هر زمان که یک کیوبیت اضافی اضافه شود، افزایش تصاعدی در قدرت پردازش ایجاد می کند. کامپیوترهای کوانتومی برای سرعت بخشیدن به محاسبات از طریق استفاده از الگوریتم های کوانتومی منحصربفرد، به کیوبیت های درهم تنیده متصل شده متکی هستند.

سخت افزار کامپیوتر کوانتومی

استفاده از کیوبیت ها برای یک دوره طولانی به دماهای بسیار سرد نیاز دارد - هر گرمایی وارد شده به سیستم می تواند خطاهای مهمی را ایجاد کند که به نام decoherence شناخته می شود. کامپیوترهای کوانتومی باید قادر به ایجاد و کار در دمای نزدیک به صفر مطلق باشند.

کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از یخچال رقیق کننده دمای خود را حفظ می کنند. این سیستم های خنک کننده خواص دو ایزوتوپ هلیوم را با هم ترکیب می کنند تا کیوبیت ها در داخل آن وجود داشته باشند.

تقویت کننده سیگنال کیوبیت

تقویت کننده سیگنال کیوبیت اولین مرحله تقویت یک کامپیوتر کوانتومی است که تا دمای 4 کلوین خنک می شود.

خطوط ورودی مایکروویو

خطوط ورودی مایکروویو هر مرحله در یخچال را تضعیف می‌کنند تا از کیوبیت‌ها در برابر نویزهای حرارتی مضر محافظت کنند در حالی که سیگنال‌های کنترل و بازخوانی را به پردازنده ارسال می‌کنند.

خطوط کواکسیال ابررسانا

خطوط کواکسیال ابررسانا سیگنال‌ها را بین دو مرحله اول تقویت هدایت می‌کنند و از ابررساناها ساخته شده‌اند تا اتلاف انرژی را به حداقل برسانند.

جداسازهای برودتی

جداسازهای برودتی سیگنال‌های کیوبیت را به جلو می‌برند و در عین حال برای حفظ کیفیت کیوبیت، نویز را سرکوب می‌کنند.

تقویت کننده های کوانتومی

تقویت‌کننده‌های کوانتومی در داخل محافظ مغناطیسی وجود دارند تا سیگنال‌های بازخوانی پردازنده را ضبط و تقویت کنند و نویز را به حداقل برسانند.

کرایوپرم شیلد

سپر کرایوپرم پردازنده کوانتومی را در خود جای داده و از آن در برابر تشعشعات الکترومغناطیسی برای حفظ کیفیت محافظت می کند.

اتاق اختلاط

محفظه اختلاط در پایین ترین قسمت محفظه قرار دارد و قدرت خنک کنندگی عظیم لازم را برای کاهش دمای پردازنده و سایر اجزا تا دمای 15mK فراهم می کند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.