Antwort auf die Eingangsfrage Welche Rolle spielen Halbleiter in Supercomputern? Welche physikalischen Grenzen sind der Miniaturisierung gesetzt? So genannte Supercomputer unterscheiden sich von normalen Computern vor allem durch ihre hohe Rechenleistung. Sie bestehen meist aus einer großen Anzahl von miteinander vernetzten Einzelcomputern und werden oft im Bereich des wissenschaftlichen Rechnens zu Simulationszwecken eingesetzt. Ganz allgemein spielt in der Halbleitertechnik die Miniaturisierung eine große Rolle. Elektronische und mechanische Bauteile werden immer kleiner. Ziel dabei ist Leistungssteigerung und Geschwindigkeit, sowie Verringerung der Masse und Größe des Geräts und des Energieverbrauchs. Unterhalb einer bestimmten Größe aber, wo einzelne Schaltkreise nur mehr wenige Atome voneinander entfernt sind, können die einzelnen Leiterbahnen nicht mehr ausreichend gegeneinander isoliert werden, und die einzelnen Transistoren beeinflussen einander unkontrolliert. Eine weitere Verkleinerung wird dadurch unmöglich. Die Forschung in diesem Bereich wendet sich daher neuen Materialien zu. Zurzeit forscht man z. B. an Nanodrähten, die nur etwa ein Fünftel so dick sind wie die Leiterbahnen der heutigen Computerchips, was eine enorme Verringerung des Platzbedarfs bedeuten würde. 40.1 KI-Bildstrecke – Ars Electronica Center. Das Bild zeigt einen Supercomputer (144 CPU). Mithilfe von Techniken des maschinellen Lernens (KI) werden Vorschläge zur Bewältigung der Umwelt- und Klimaproblematik simuliert und kritisch betrachtet. Kann technischer Fortschritt wirklich Lösungen für all diese Probleme bringen? 40.2 Biochip-Krebsdetektor. Das Bild zeigt eine Darstellung einer Krebszelle, die an einen Mikrochip-Detektor (Biochip aus Nanoröhrchen) gebunden ist. Wird eine Blutprobe auf den Mikrochip aufgetragen, kann er selbst winzige Mengen an Krebszellen nachweisen. Organische Halbleiter basieren nicht auf Silicium, sondern auf kostengünstigen Kohlenstoffverbindungen. Dieses Forschungsgebiet befindet sich in rascher Entwicklung. Erste Produkte (organische LED = OLED) werden für Displays von Smartphones oder Bildschirmen hergestellt. Sie bestehen aus dünnen, organischen, halbleitenden Materialien. Ihre Lebensdauer ist etwas kürzer als jene von anorganischen Leuchtdioden, aber aufgrund des hohen Kontrasts brauchen sie keine Hintergrundbeleuchtung, was Energie spart und die Bildschirme nicht so warm werden lässt. 1 W1 Leuchtdioden (LEDs und OLEDs) werden zunehmend als Leuchtmittel für die Raumbeleuchtung eingesetzt. Dafür ist meist weißes Licht nötig. Recherchiere, wie weißes Licht erzeugt wird! Welche Vor- und Nachteile hat der Einsatz von LEDs als Raumbeleuchtung? 2 W3 E4 Durch Beschleunigungssensoren in Smartphones ergeben sich viele Anwendungsmöglichkeiten. So werden durch Bewegen des Smartphones selbst z. B. Steuerungsbefehle gegeben. a) Recherchiere, wie so ein Sensor funktioniert bzw. welche Physik dahinter steckt! b) Mit der App PhyPhox kannst du die Rohdaten deines eingebauten Beschleunigungssensors auslesen (40.3) (Sensoren-Beschleunigung mit g). Untersuche mit Hilfe der App die Änderungen, die bei Bewegungen deines Smartphones angezeigt werden. 3 E4 In vielen modernen Smartphones sind bereits Lichtsensoren eingebaut. Mit der App PhyPhox kannst du die Daten aus diesem Sensor auslesen (40.4). Teste die App bei deinem Smartphone (wenn dein Smartphone so einen eingebauten Sensor hat) und informiere dich, wo sich der Sensor befindet. Vergleiche die Werte bei direktem Lichteinfall und bei abgedecktem Sensor. 4 W3 Recherchiere, in welchen Schritten das Bild beim digitalen Fotografieren entsteht! 5 W4 1997 hat der Supercomputer Deep Blue 2 (IBM) als erster Computer einen Schachweltmeister geschlagen. Informiere dich über die aktuellen Einsatzbereiche von Supercomputern. Weiterführende Fragestellungen 40.3 Mit der App PhyPhox können die Rohdaten des Beschleunigungssensors (Beschleunigung mit g) ausgelesen werden. 40.4 Auslesen der Rohdaten des Lichtsensors eines Handys mit der App PhyPhox 40 Erweiterung Praxis und Vertiefung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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