Doorbraak op supercomputergebied

De Automatiseringgids meldt dat wetenschappers in de VS en Japan erin zijn geslaagd een materiaal te maken dat supergeleidend wordt bij een temperatuur van 233 graden onder nul. Het gaat hier om een legering van magnesium en borium die de bouw van supersnelle computers dichterbij moet brengen. De legering is relatief goedkoop te maken. Door de relatief 'hoge' temperatuur waarbij supergeleiding optreedt, hoeft de computer niet te worden voorzien van een zeer uitgebreide koeling. Hieronder een gedeelte uit het artikel:

Het ontwikkelingswerk is uitgevoerd op de Iowa State University en de Aoyama-Gakuin universiteit in Tokyo. In de afgelopen jaren heeft de wetenschap vooral gekeken naar supergeleidende materialen op basis van zuurstof. Deze vertonen het gewenste effect weliswaar bij een nog hogere temperatuur, ze zijn echter zeer duur om te maken.

Met dank aan The Source voor de tip.

Reacties (41)

[JumpStart]

Supergeleiding haalt men tegenwoordig ook al bij temperaturen van vloeibaar stikstof. Het record ligt -geloof ik, weet ik niet helemaal zeker- rond de -150 °C.

Het enige probleem is dat het hier om hele lastige keramische materialen gaat: Koper, Barium, Calcium, Zuurstof, Paladium en ga zo nog maar even verder, allemaal in een bepaalde exacte verhouding tot elkaar.

Deze vertonen het gewenste effect weliswaar bij een nog hogere temperatuur, ze zijn echter zeer duur om te maken.

Laat staan dat je daar chips van kan bakken, chips kan je niet 'sinteren' zoals je bij de huidige supergeleiders moet doen. (Of erger: vormen met behulp van drukgolven van explosieven!)

Het mooie van deze nieuw ontdekte legering is dus dat het relatief makkelijk te verwerken valt in chips/ICs.

[GHorsie]

Klopt, ik las laatst een artikel dat een kabelnet
aangelegd zou worden die gebruik gaat maken van supergeleiding. De kabels zouden dan in vloeibare stikstof zitten.

Ik hoop dat de buizen waarin deze kabels komen niet gaan lekken

[ajvdvegt]

Dat was waarschijnlijk een artikel in Intermediar, daar moest ik ook aan denken. In Detroit gaan ze een hoogpanningsnet aanleggen met supergeleidende kabels, die dus permanent gekoeld worden tot -186 graden celsius ofzo. Zie www.amsuper.com/detroit.htm . Dus die -233 graden is niet echt geweldig.

[Molybdenum]

inderdaad! -233 °C is in ieder geval geen supoergeleiderrecord! de Yttrium-Barium-koperoxiden zijn de recordhouders.
Mg-B is 'gewoon' een legering (wel een hele lichte!). Mogelijk dus veel makkelijker aan te brengen, dan de sinterprocessen die nodig zijn voor oxides.

[Delerium]

Wat een ontzettend hoog blaatgehalte heeft deze topic.
Supergeleiding en chips zijn totaal niet compatibel, aangezien de halfgeleidende eigenschappen van Silicium bij 40K verloren gaan. Supergeleiding is voor computers dus alleen bruikbaar voor kabels die data van A naar B transporteert, zodat in principe geen stroom verloren gaat en het signaal in kortere tijd ( ) een grotere afstand kan overbruggen. Een Schakeling maken van Borium/magnesium is ondoenlijk.

De werkelijke truc van supergeleiding is dat met zo min mogelijk koeling een optimaal resultaat te halen. Deze doorbraak gaat over een goedkope (dus commerciel haalbaarder) verbinding die goed kan supergeleiden. Er zijn duurdere legeringen die bij veel hogere temperaturen ook supergeleiden, maar deze keramische verbindingen zijn een stukkie duurder en moeilijker bewerkbaar.
Dit is slechts de eerste stap aangezien supergeleiding bij -196 C pas aantrekkelijk wordt, dan kan met vloeibaar stikstof gekoeld worden en dat is een stuk goedkoper dan welke technieken ook.

Ik las iets met lasers, maar da's nauwelijks bruikbaar op grote schaal. Een buis met vloeibare helium onder de grond die lek slaat is ook geen probleem, want de grond rond het gat vriest ook direct dicht, dus isoleert dat ook. In een NMR-apparaat zit supergeleidend materiaal in vloeibare helium, maar de vloeibare stikstofwand is er om het temperatuurverschil tov de buitenlucht te verkleinen. De Helium verdampt nog steeds MAAR langzamer.

* 786562 ecteinascidin

* Sandervg droomt van een stikstof gekoelde, supergeleidende AMD K20 op een paar honderd GHz op zijn kamer in het jaar 2020

Vloeibare stikstof komt in 2020 zeker uit de kraan .

[Haranaka]

233 graden onder 0 is wel heel erg koud!! Dit gaat echt veel moeite kosten om een kast/ruimte zo te koud te krijgen en te houden.
Zeker als je weet de koudst mogelijke temperatuur 273,15 graden onder nul is. Dan zit dit er wel erg dicht in de buurt.
In mijn binas kon ik geen stoffen vinden die zo'n laag smeltpunt hebben. Extreem lage temperaturen worden meeste berijkt dmv laserkoeling, dit werkt slechts effectief op een heel klein puntje, en een ruimte te koelen met alser lijkt me dus erg moeilijk.

[curry684]

In mijn binas kon ik geen stoffen vinden die zo'n laag smeltpunt hebben.

Uhm ik heb al een paar jaar geen Binas meer ingekeken maar uit m'n blote bolletje kan ik je wel vertellen dat helium een smeltpunt heeft van 1K, en een verdampingspunt (of hoe dat ook heet) van 4K. Toch iets minder dan 40K dacht ik zo

Zeker nog geen examen gedaan

[Paul]

En dan nog, die dingen in je binas gelden voor een druk van 1 bar, oh nee, sorry, 10 KPa, en als je de druk verlaagd, dan smelten dingen eerder.

[Anoniem: 22747]

233 graden onder nul haal je wel als je alleen maar de processors hoeft te koelen. Maar die bestaan niet alleen uit de legeringen maar ook uit silicium. Ik zie dus niet echt de relatie tussen een doorbraak op het gebied van supercomputers en supergeleiding. En ik weet niet hoe snel silicium ladingen kunnen verplaatsen en of de silicium eigenschappen verloren gaan bij dergelijke temperaturen.
Dus oneindig snel maken zie ik niet snel gebeuren.

[picobyte]

Bij dergelijk lage temperaturen is silicium een isolator en als zodanig onbruikbaar voor chips

[johanvdw]

Zeker als je weet de koudst mogelijke temperatuur 273,15 graden onder nul is. Dan zit dit er wel erg dicht in de buurt.

Beter de koudst onmogelijke temp, je kan hem immers nooit bereiken, alleen benaderen (cfr limiet).

[General_Failure]

Dus eigenlijk de WARMST onmogelijke temp

[Anoniem: 17169]

Men heeft met betrekking tot supergeleidende materialen al veel winst gemaakt. -233°C is al een verbetering. Misschien kan het nog wel beter, en dan komt vloeibare stikstof als koeling wel snel in de buurt. Laat dat nou zeer goedkoop te maken zijn...

[Anoniem: 5523]

Door de relatief 'hoge' temperatuur waarbij supergeleiding optreedt, hoeft de computer niet te worden voorzien van een zeer uitgebreide koeling. Hieronder een gedeelte uit het artikel:

idd ja, je haalt met behulp van een paar 120 mm fans zonder problemen -233 graden celcius...

DOH

[Anoniem: 17169]

Met een paar 120 mm fannetjes kom je er idd niet, maar bedenk wel dat men bij de eerste supergeleidende materialen wel tot -270°C moest koelen. En dan is -233°C relatief 'warm'.
Naar mate het kouder wordt, wordt het steeds moeilijker en duurder om nog lagere temperaturen te krijgen.
Dit is een goede zaak. Hopen dat ze snel nog warmer kunnen.

[Grrrrrene]

Het gaat zelfs exponentieel omhoog, hoe lager je wilt komen... Zo moet je oneindig veel energie onttrekken (kost ook energie) om tot 0 K te komen, dit is een verschil van 40 graden, echt een hele vooruitgang idd...

[N8w8]

Als je die temperaturen uitdrukt in Kelvin is het nog indrukwekkender:
Van 3K naar 40K; een toename van 1200 procent!

Vraag me niet of het zo bekijken wetenschappelijk verantwoord is maar het blijft zeker indrukwekkend!

[Anoniem: 21406]

Ik wil niet flamen, maar om een device op -233 graden te krijgen is (relatief) erg veel energie nodig, simpelweg omdat men nog geen efficiente koelsystemen kan bouwen. Reken gauw op enkele honderden Watts om een klein device (laten we zeggen een gemiddelde core) op een constante -233 te kunnen houden.

Voorlopig lijkt het bovenstaande me nogal onzin, zonder uit te willen halen naar de persoon die het artikel geschreven heeft.

[jfk]

Het legering is relatief goedkoop te maken.

Hm, De legering lijkt me beter...

<edit>dank u</edit>

Hm, en of dit nou echt een doorbraak is...
eerder weer een klein stapje in de goede richting.
Kan nog wel wat jaren duren voordat het echt iets wordt.

<edit>overbodig? Ach...</edit>

[Anoniem: 6690]

Ontwerp een productieprocedé met deze legering, breng dit kleine deeltje op -233 (ik doel dus op een oppervlakte van mischien 1cm bij 1 cm, dus zoveel energie zal doe koeling niet vereisen) en dan heb je geen warmte productie meer omdat je geen weerstand hebt en kan je je chip dus erg hoog clocken, totdat je gelimiteerd wordt bij de snelheid van electriciteit....

[Anoniem: 21406]

Vergeet niet dat er twee tegengestelden zijn: enerzijds moet je veel energie gebruiken om een temperatuur van -233 graden te bereiken (is nog wel heel complex, al is het lang niet zo complex als -273 graden C), anderzijds bespaar je veel energie doordat cores veel minder gebruiken door een optimale cosinus phi.

Bedenk wel dat het allemaal in de kinderschoenen staat en niet zomaar zonder meer toepasbaar. Ik denk wel dat het een zeer belangrijke ontdekking is, ik vindt het maar moeilijk te geloven want deze ontdekkers hebben klaarblijkelijk een paar natuurkunde wetten om zeep gebracht.

Wat interessant is ? Naja simpel: als men supergeleiding kan verkrijgen bij temperaturen die ver van het absolute nulpunt liggen (nl. 40 graden hoger), dan moet het ook mogelijk zijn om dit bij nog (veel) hogere temperaturen voor elkaar te krijgen in de toekomst, kwestie van technologie. Pas DAN wordt het interessant.

en kan je je chip dus erg hoog clocken, totdat je gelimiteerd wordt bij de snelheid van electriciteit

Dit is natuurlijk grote onzin. De "snelheid" van electriciteit is altijd ongeveer even groot, nl. ca. 300.000km/s (wordt fractioneel beinvloedt door de temperatuur, maar dit is verwaarloosbaar). Je bedoelt waarschijnlijk het hoogste frequentiebereik. Tja, hier zijn toch duidelijk limieten aan omdat je bij alsmaar verhogen van klokfrequenties op gegeven moment andere verschijnselen gaat krijgen. Bij hogere frequenties krijg je steeds sneller resonanties in het geleidermateriaal doordat de golflengte steeds kleiner wordt. Hierdoor ontstaan bijvoorbeeld zogenoemde staande golven die allerlei vervelende gevolgen hebben. Uiteindelijk verandert een electrisch veld zelfs in een andere energievorm zoals licht, eerst allerlei vormen onzichtbaar licht (UV etc), en dan zelfs zichtbaar. Er zijn dus duidelijk wel frequentielimieten, maar da's allemaal erg elementair.

[Anoniem: 9966]

en kan je je chip dus erg hoog clocken, totdat je gelimiteerd wordt bij de snelheid van electriciteit

Dit is natuurlijk grote onzin.

Wat Xdiablo zegt is weldegelijk waar.

Het heet niet voor niets supergelijding.

hoe hoger de temperatuur hoe hoger de weerstand,
Hier wordt handig gebruik van gemaakt door de gloeilamp.
als de lamp uit is heeft hij bijna geen weerstand.
Als je hem echter aan zet wordt de draad wit heet en wordt de weerstand hoog.
Neem bijvoorbeeld water als het kookt zie je stoom wat er eigenlijk gebeurd is dat de moleculen zo hardt bewegen dat ze uit het water komen en niet meer terug vallen.
Als je ditzelfde water bevriest zie je dat het water met een bepaalde struktuur vast komt te liggen. de moleculen bewegen een stuk minder maar ze blijven trillen ze bewegen dus nog steeds.
Als je het water naar het absolute nul punt brengt zullen de moleculen stoppen met trillen en zullen zelfs
de electronen stoppen met draaien om de moleculen heen.
Dus hoe hoger de temp hoe groter de weerstand.
Dit komt omdat de moleculen bij een hoge temp dus hard trillen hierdoor kunnen electronen niet meer in een rechte lijn van punt a naar punt b maar leggen ze een zeer grillige weg af.

Goed nu gaan we weer terug naar metaal.
Als je zorgt dat metaal koud genoeg wordt stoppen de moleculen dus met bewegen en kunnen electronen efficienter van punt a naar punt b.
Want bij supergelijding heb je de moleculen in een soort cristal structuur liggen, alles is netjes geordend in het metaal.
Hierdoor kaatsen de electronen niet meer kris kras door het metaal maar kunnen vrijwel in een rechte lijn door het metaal hierdoor wordt de weerstand zeer laag en treed er supergelijding op.
Op zich is dat niet zo spannend voor supercomputers zul je zeggen.
Als je een draad neemt van een meter en je stuurt er heel snel achter elkaar signalen overheen kunnen deze signalen zichzelf inhalen waardoor je aan het eene eind er alles netjes in kunt stoppen maar er uit het andere eind volkomen onzin uitkomt.
Dit is wat er gebeurd bij zeer snelle computers.
Hier krijg je namelijk last van timing probleemen.
om dit te voorkomen heb je supergeleiding nodig.
Immers alles kan heel efficient van punt a naar punt b dus zullen de signalen zichzelf niet meer inhalen.


Deze techniek werdt al bij de gray 2 computers gebruikt.
om 1 computer zo te koelen dat er supergeleiding optrad werdt zoveel energie gebruikt dat het hele flat gebouw waar zo'n ding instaond ermee verwarmd kon worden.
Maar dit moest anders kon het ding niet werken.

sorry voor het lange verhaal maar dit was in mijn ogen de enige manier om dit uit te leggen.

[punica]

Ik denk niet dat het hier gaat over de koeling van de processor zelf, die kun je niet van magnesium en borium maken.
Het gaat hier denk ik om de datapaden gaat die het transport tussen de diverse onderdelen regelt.

[koffercomputer]

Dit is inderdaad een doorbraak, niet alleen op het computergebied, maar ook in de communicatie en andere toepas gebieden van electronica.

Denk maar eens aan supergeleidende hoogspannings kabels / communicatie kabels. Door gebruik te maken van supergeleiding hef je de verliezen in de kabel op.

-233 graden C is idd eenvoudiger te behalen dan 0K (-273.15 graden C). Naarmate men dichter bij het absolute nulpunt komt kost het meer energie om beter te koelen.

[edit: typo 0K is inderdaad -273.15 graden C]

[Damusic2me]

/typo mode/

Moet toch -273.15 "C zijn?
/end typo mode/

Daarbij lijkt het me voor kabels e.d. nog wel een stuk minder haalbaar gezien de kosten die de koeling met zich mee zullen brengen en het verschrikkelijke onderhoud wat er bij komt kijken.
Het lijkt me wel wat als ze bij de -150 in de buurt komen (kan je t koelen met stikstof )

[Anoniem: 12493]

Hmm, als we alle hoogspanningkabels in het landschap tot -233 graden gaan koelen kon het in Nederland wel eens flink kouder worden.... Zijn we wel van het broeikas effect af

[Devster]

Jammer alleen dat je nooit een rendement van meer dan 100% haalt, dus per saldo wordt het warmer

* 786562 devster

[Elteor]

0K = -273.15 graden C volgens mij hoor ......

[Anoniem: 14726]

Uiteraard zal deze techniek zich nog moeten bewijzen, maar ik denk zeker dat dit veel kan betekenen voor de computerwereld ! Juist door dit soort doorbraken zal de wet van Moore de komende 20 jaar zeker nog gelden, ook als we de ontwikkelingen op het gebied van optische computers in ogenschouw nemen

[The Source]

Tja... de wet van Moore....

Naar mijn mening zal die altijd blijven gelden. 'Oude' beproefde technieken raken op een gegeven moment op hun einde terwijl deze door nieuwe (optische / dna / kwantum / etc) worden vervangen. Soms zal de stijgende lijn in snelheid minder snel gaan en soms veel sneller door een bep. 'breakthrough'. Maar techniek is een kant. Daar komen ook dingen als vraag en aanbod bij kijken. En dan als niet te onderschatten factor, marketing.... Het produceren van een 600Mhz cpu is nagenoeg even duur als het produceren van een 1000Mhz cpu. Maar marketing zorgt er toch voor dat ze a) verschillende prijzen hebben en b) op verschillende tijdstippen worden geintroduceerd, dit heeft ook nog te maken met yields.

Maar om mijn verhaal kort te maken. Dit soort uitvindingen zullen er idd aan toe bijdragen de de wet van Moorre zal blijven voortbestaan. Naar mijn mening zal die dus altijd blijven gelden.

[The Jester]

Hoe je 't wendt of keert, dit biedt enorme mogelijkheden voor (besturings-)computers aan boord van de ISS, de Hubble en andere grappen buiten de dampkring!!

In ruimte-tuigen staat alles in het teken van energie-zuinigheid. De computer aan boord van het ISS zijn totaal niet geschikt voor RC5, omdat ze (relatief) oud zijn en gebouwd op betrouwbaarheid (redundancy!), en ernergievriendelijkheid. Wanneer je supergeleidende computers kunt implementeren, betekent dat een enorme technische sprong voorwaarts voor wat betreft de rekencapaciteit aan boord.

* 786562 The

[Molybdenum]

ja, maar om die computers op die lage temperaturen te houden ben je nog veeeeel meer energie (en geld) kwijt!

[MrCyber]

Dat valt wel mee. In de ruimte is het niet echt warm hoor. Volgens mij ligt de temperatuur in de ruimte al redelijk dicht tegen het absolute nulpunt aan als ik mij niet vergis. In elk geval is het er VEEL kouder dan hier op onze aardkloot, dus als het om computers voor in de ruimte gaat is die koeling echt niet zo'n probleem.

[Jaymz]

Hier kom je een klein probleempje tegen.

Die apparatuur bevindt zich ongetwijfelt in een ruimte waar mensen aanwezig (moeten) zijn. En onderhoud is aanzienlijk makkelijker ZONDER zo'n log ruimtepak.

Maar je hebt iid gelijk. Je moet alleen niet vergeten dat er in de ruimte ook GEEN bescherming is van de straling van de zon.
In de ruimte is het dus verekte koud, MITS je geen straling van de zon ontvangt.

Als je namelijk achter een raam gaat staan (in de zon) voel je duidelijk dat het flink warm wordt, exacte cijfers weet ik niet, maar ga ervanuit dat 80% stralingswarmte is. (of ik zit er goed naast).

Dus: je hebt gelijk, maar ook weer niet ( )

[Anoniem: 18521]

De koeling in de ruimte is geen probleem, zolang je ze maar niet in de zon ofzoiets houdt.Uit het zonlicht is het ongeveer -100, -200 graden celsius

[Anoniem: 23034]

Het bouwen van de Chinese muur begon ook met het leggen van een steen. Wat ik wil zeggen is dat het maar goed is dat ze die dingen aan het ontwikkelen zijn. Naar mijn mening moeten ze gewoon gaan koelen met stikstof en klaar is het. Maja dat zal nog wel ff op zich laten w88.

Ps. Verder heeft dit onderwerp wel degelijk met supercomputers te maken.

[Sandervg]

Misschien hebben jullie wel eens van een NMR apparaat gehoord, werkt (meestal) ook met supergeleiding. In het ziekenhuis noemen ze het MRI. Wat ze daar doen is een spoel in een behuizing met vloeibaar helium zetten. Dit helium wordt natuurlijk warm door de omgeving dus het helium koel je weer met vloeibaar stikstof, de stikstof verdampt wel maar niet zo veel dus als je maar tijdig bijvult werkt het prima. (Als je dat niet doet gaat het helium koken en praat iedereen op de plek waar het apparaat staat als Donald Duck)

Tikkeltje off-topic dit allemaal maar ik wil aangeven dat supergeleiding welliswaar nog geen huis tuin en keuken toepassing is maar dat het wel al veelvuldig wordt toegepast. En dat het voor de computer/telecommunicatie industrie grote beteknissen kan hebben lijkt me duidelijk.

* 786562 Sandervg