En teoría, ¿es posible fabricar una puerta lógica que consuma corriente cero?

Question

El CMOS reduce enormemente el consumo de corriente de los circuitos integrados porque uno de los FET complementarios está siempre en modo no conductor, por lo que sólo hay un flujo de corriente durante la transición entre estados, que es sólo la cantidad de carga en la capacitancia equivalente de la puerta y quizá alguna fuga cuando ambas puertas están abiertas momentáneamente.

¿Es teóricamente posible hacer una puerta lógica que tenga cero fugas mientras cambia de estado (usando cualquier tecnología realista), y la señal sólo se pasa a través del circuito como cambios de voltaje que causan otros cambios de voltaje? Si no, ¿cuál es el mínimo teórico?

Answer 1

Sí. Puedes hacer una puerta que conmute con corriente cero si no te no te importa esperar una cantidad infinita de tiempo ;) Dado que la corriente es el cambio cambio en la carga sobre el cambio en el tiempo, como el cambio en el tiempo va a infinito la la corriente llega a cero. Ejecuta tu lógica tan lento como puedas mientras cumplas otras especificaciones del sistema.

Su tarea para esta noche es leer el capítulo "Termodinámica de la de "Feynman's Lectures on Computation" ;)

Answer 2

No es posible fabricar una puerta lógica electrónica que funcione aunque su corriente sea siempre cero.

Sin embargo, es posible disponer las puertas lógicas electrónicas CMOS de tal forma que la energía almacenada capacitivamente en las puertas de los transistores se devuelva posteriormente a la fuente de alimentación, por lo que el consumo de energía neta es prácticamente nulo. Una vez que el sistema está encendido y todos los condensadores de derivación están completamente cargados, esas puertas lógicas pueden realizar una cantidad arbitrariamente grande de cálculos mientras extraen casi cero corriente de la batería. Este tipo de arreglos suelen denominarse computación no destructiva.

Además, hay muchas formas de construir estructuras computacionales lógicamente equivalentes sin ningún dispositivo electrónico. Estas puertas lógicas no electrónicas utilizan naturalmente corriente cero, aunque casi todas ellas requieren mucha más energía para funcionar que su puerta lógica electrónica lógicamente equivalente.

informática no electrónica

En el artículo se enumeran algunas puertas lógicas no electrónicas "Los diez ordenadores más raros" .

Unas cuantas puertas lógicas no electrónicas más que, al parecer, no son lo bastante raras como para aparecer en ese artículo:

David Cary ha diseñado una CPU fabricada íntegramente con válvulas de corredera y aún no ha decidido si alimentarla con presión hidráulica tradicional, presión de agua o presión de aire.

En lógica fluídica Las puertas no tienen partes móviles, si no contamos el fluido que se mueve a través de ellas como una "parte".

(¿Existe algún artículo en Wikipedia o en alguna otra wiki con una lista de formas de aplicar el concepto abstracto de "puerta lógica"?).

informática no destructiva

La computación no destructiva, también llamada computación reversible, Lógica de Recuperación de Carga o Lógica Adiabática, implica puertas que consumen casi cero energía.

Cuando un sistema informático borra un bit de información, debe disipar una energía mínima teórica de kT ln(2) -el límite de von Neumann-Landauer-, donde k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura.

La mayoría de las puertas lógicas borran un bit de información por cada operación lógica. Sin embargo, hay algunas puertas lógicas que conservan todos los bits. En teoría, estas puertas lógicas no destructivas podrían consumir mucha menos energía que la potencia mínima teórica de las puertas lógicas destructoras de bits.

"Lógica reversible" por Ralph C. Merkle en Zyvex

RevComp - El Grupo de Investigación en Computación Cuántica y Reversible tiene unas bonitas fotos de su CPU reversible.

Answer 3

No, no es posible.

La capacitancia de puerta es función de la geometría del transistor y de las propiedades de sus materiales. Siempre habrá capacitancia. En un esfuerzo por minimizar la capacitancia, siempre habrá un compromiso entre la velocidad del transistor, la caída de tensión, la ganancia y otras propiedades del dispositivo.

No sólo eso, sino que para utilizar la salida de la puerta, el transistor debe conducir cualquier capacitancia de salida. Una vez más, la capacitancia de salida es función de la geometría del cable y de las propiedades de los materiales circundantes.

También hay otros efectos de fuga. A través del drenaje y la fuente de cualquier transistor en estado apagado e incluso alguna corriente de fuga en la puerta. Aunque estos efectos son en su mayor parte insignificantes en las piezas de silicio reales, tarde o temprano te toparás con ellos en tu búsqueda de una puerta de corriente cero.

Answer 4

Al contrario:

La pregunta que planteas en el titular se puede resolver sin utilizar corriente, ni ningún tipo de circuito.

http://www.youtube.com/watch?v=SudixyugiX4

Answer 5

Si usted no tiene que ejecutar el programa para obtener el resultado En cuanto a la tecnología, parece un paso en la dirección de computar algo a cambio de nada, aunque sus aparatos debían de estar disipando algo de energía.