Российские ученые приблизились к созданию микросхем для фотонного компьютера

## Система оповещения Sonar+
Систему оповещения Sonar+ на базе моноблоков целесообразно устанавливать, если объект относится к средним, распределенным, например, банк, общежитие, жилое здание или поликлиника и имеет следующие параметры:
## Характеристики объекта
Приборы выпускаются в нескольких исполнениях в зависимости от выходной RMS-мощности и количества зон, а также способа монтажа:
- 250 Вт: SPM-D250, SPM-J250
- 500 Вт: SPM-D500, SPM-J500, SPM-A500
- 850 Вт: SPM-D850, SPM-J850
Подробнее о видах и маркировке моноблоков Sonar+ можно узнать в Руководстве по эксплуатации.
## Интеграция с системой пожарной сигнализации
Моноблоки серии Sonar+ могут интегрироваться с системой пожарной сигнализации (СПС) RUBEZH R3 по адресной линии связи (АЛС) либо по сухим контактам.
### Подключение к СПС RUBEZH R3
В зависимости от способа организации связи с СПС выделяют адресные и неадресные моноблоки соответственно:
- Адресное подключение: SPM-D, SPM-J
- Неадресное подключение: SPM-A
### Вместимость в системе
При подключении по АЛС моноблоки Sonar+ занимают в адресной системе пожарной сигнализации RUBEZH R3 емкость, равную количеству зон в зависимости от модели моноблока (10 или 20) + 1 адрес. Моноблоки модели SPM-A занимают в системе 3 адреса.
### Функциональность моноблока Sonar+
В функции моноблока Sonar+ входят:
- Предзаписанные речевые сообщения
- Возможность подключения аналоговых сигналов ГОиЧС
- Встроенный микрофон для оперативного управления эвакуацией
## Требования по мощности
Для организации полноценной системы речевого оповещения на базе моноблоков Sonar+ потребуется:
- Моноблок мощностью 250 Вт: максимальная нагрузка на линию 250 Вт
- Моноблоки мощностью 500/850Вт: максимальная нагрузка на линию 300 Вт
## Оконечный модуль для контроля целостности линий
Для выполнения требований ГОСТ Р 59639-2021 по контролю целостности линий речевого оповещения устанавливается оконечный модуль SFT-2300.
## Управление и функциональность
- Предзаписанные сообщения
- Аудио выходы для громкоговорителей
- Встроенный микрофон для оперативного управления эвакуацией
## Подключение и интеграция
Адресный моноблок Sonar+ подключается в адресную линию связи прибора R3-Рубеж-2ОП/Рубеж-2ОП прот. R3. При срабатывании пожарной сигнализации прибор Рубеж-2ОП по АЛС дает команду моноблоку серии Sonar+ на включение оповещения в необходимых зонах.

Дополнительные комплекты монтажных частей

Для выполнения требования п 5.4. СП 484.1311500.2020 о защите ЛС от единичной неисправности при подключении многозонного моноблока Sonar+ (10/20 зон) в кольцевой интерфейс АЛС RUBEZH R3 в зависимости от исполнения (настенный/стоечный) дополнительно устанавливаются специальные комплекты монтажных частей (КМЧ) – Sonar SPM Cover/ Sonar SBP соответственно с двумя встроенными изоляторами линии ИЗ-1 прот.R3.

Запуск оповещения об эвакуации реализован на каждом моноблоке индивидуально, позволяя моноблоку при потере связи между сегментами/нарушении целостности линий связи отработать свой алгоритм.

Система управления оповещением

Таким образом, реализуется единая система управления с передачей информации по АЛС, а не сигналов типа сухой контакт на управление оповещением. Управление оповещением по АЛС всегда является предпочтительным ввиду:

• Масштабирования системы по параметрам узла и количеству распределенных узлов оповещения;
• Соединения нескольких моноблоков Sonar+ по сети Ethernet с использованием конвертеров SNCA-8002 и микрофонных пультов;
• Применения сервисных устройств для коммутации и питания — коммутаторов на 8 и 16 портов (SNA-800/1600), SNSO-7208, АКБ и ИВЭПРов.

Примечание: у моноблоков модели SPM-A отсутствует возможность объединения по сети.

Микрофонные пульты и удаленные консоли

Микрофонные пульты могут выполнять функции удаленной сетевой микрофонных консолей. Для этого пульты SRM-7010/7020, SRM-7020C в удаленных диспетчерских подключаются к IP-сети через конвертеры SNCA-8002.

Расстояния для передачи сигналов

• Расстояние более 100 м: передача сигналов по ВОЛС через оптический коммутатор SNSO-7208.
• Расстояние менее 100 м: передача сигналов по меди через коммутаторы SNA-800/1600.

Важно: Все коммутаторы обладают пожарным сертификатом.

Выбор оптического коммутатора

Выбор модели оптического коммутатора SNSO-7208 зависит от расстояния между узлами оповещения:

• 100-550 м: SNSO-7208 (исп. М), многомодовый
• 550-10 000 м: SNSO-7208, одномодовый

Нанокристаллы фосфида галлия

Ученые МФТИ в ходе экспериментов определили, что нанокристаллы фосфида галлия лучше других материалов подходят для создания на их основе микросхем, в которых вместо электронов для передачи данных будут использоваться фотоны.

Это вещество обладает высоким коэффициентом преломления. То есть через него хорошо распространяется свет с короткой длиной волны. Это свойство позволяет делать из него миниатюрные оптические компоненты.

Обязательной составляющей микросхем, построенных на оптических принципах, станет волновод. Ученые выяснили, что при использовании фосфида галлия минимальная толщина волновода составит 108 нанометров. Такой размер удобен для создания экспериментальных образцов устройств.

Оперативная память

В процессе работы компьютера оперативная память (RAM) выступает важной ролью, работая как буфер между накопителем и процессором. Данные сначала считываются с жесткого диска или другого накопителя в оперативную память, а затем обрабатываются процессором.

Преимущества фосфида галлия

Фосфид галлия обладает свойствами, позволяющими использовать его для фильтрации света нужной длины волны. Это позволяет создавать логические элементы микросхем, заменяя электронные транзисторы.

Волноводы из фосфида галлия

Эксперименты показали, что волноводы из фосфида галлия хорошо пропускают фотоны даже в изогнутом состоянии. Это позволяет создавать более сложные детали микросхемы, такие как разветвители и объединители световых потоков.

Структура оперативной памяти

Физически оперативная память представляет собой набор микросхем, припаянных к плате. Внутри одной микросхемы содержатся множество соединенных друг с другом слоев, образующих матрицы ячеек, каждая из которых хранит один бит информации.

Устройство ячейки памяти

Каждая ячейка в оперативной памяти состоит из полевого транзистора и конденсатора. Конденсатор хранит информацию, а транзистор выполняет роль электрического ключа, который либо удерживает заряд на конденсаторе, либо открывает для считывания.

Упрощенная структура и принцип работы чипов памяти

Таких конденсаторов в чипе очень много, но считать заряд с одной конкретной ячейки нельзя, считывается вся страница целиком.

Чтобы сделать это необходимо на нужную нам горизонтальную линию, которая называется строка, подать сигнал, который откроет транзисторы. После этого усилители, расположенные на концах вертикальных линий, считают заряды, которые находились на конденсаторах.

Схема массива ячеек (чтение)

Каждое считывание опустошает заряды на странице, из-за чего приходится ее заново переписывать. Для этого на строку также подается сигнал, который открывает транзистор заряд, а на столбцы подается более высокое напряжение, заряжая конденсаторы и записывая информацию.

Схема массива ячеек (запись)

Задержки между этими операциями называются Латентностью или в народе Таймингами. Чем они меньше, тем быстрее будет работать вся система в целом.

Компоненты памяти и модуль памяти

Помимо самих чипов памяти, на модуль распаиваются SMD-компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, обеспечивающие развязку сигнальных цепей и питание чипов. Также на модуль устанавливается микросхема SPD, где хранятся данные о параметрах всего модуля (емкость, рабочее напряжение, тайминги, число банков и так далее). Это нужно для того, чтобы BIOS на материнской плате мог выставить оптимальные настройки в соответствии с информацией, отображенной в микросхеме.

Компоненты плашки памяти, микросхема SPD

Также существует несколько форм-факторов модулей памяти. Модули для компьютеров называются DIMM, а для ноутбуков и компактных систем SO-DIMM. Они отличаются размером и количеством контактов для подключения. Это двухрядные модули, которые имеют два независимых ряда контактов, по одному с каждой стороны.

DIMM и SO-DIMM

Например, в старых модулях SIMM контакты с двух сторон были замкнуты и они могли передать только 32 бита информации за такт, в то время как DIMM могут передавать 64 бита.

DIMM и SIMM

Ко всему этому модули делятся на одноранговые, двухранговые и четырёхранговые. Ранг — это блок данных шириной 64 бита, который может быть набран разным количеством чипов память.Одноранговая память имеет ширину 64 бита, тогда как Двухранговая память имеет ширину 128 бит. Но, так как один канал памяти имеет ширину всего 64 бита, как и одноранговый модуль, контроллер памяти может одновременно обращаться только к одному рангу. В то время как двухранговый модуль может заниматься ответом на переданную ему команду, а другой ранг уже может подготавливать информацию для следующей команды, что незначительно увеличивает производительность.

Ранги оперативной памяти

Так же хочется отдельно сказать о памяти с коррекцией ошибок, ECC-памяти, так как эти модули имеют дополнительный банк памяти на каждые 8 микросхем. Дополнительные банки и логика в модуле служат для проверки и устранения ошибок.

ECC- память с коррекцией ошибок

Использование буферов и коррекции ошибок незначительно ухудшает производительность, но сильно повышает надёжность данных. Поэтому ECC память широко используется в серверах и рабочих станциях

Ширина данных у ECC

Ещё немного расскажу о типах памяти, так как в современных компьютерах используется синхронная динамическая память с произвольным доступом и удвоенной скоростью передачи данных DDR SDRAM 4-го поколения и скоро будет распространено пятое.

Синхронная динамическая память (DDR)

Память типа DDR пришла на смену памяти типа SDR. SDR SDRAM работает синхронно с контроллером. В ней внутренняя и внешняя шина данных работает на одной и той же частоте. При подаче сигнала на микросхему происходит синхронное считывание информации и передача её в выходной буфер. Передача каждого бита из буфера происходит с каждым тактом работы ядра памяти. В SDR памяти синхронизация обмена данными происходит по фронту тактового импульса.

Синхронная динамическая память (SDR)

После SDR, вышла DDR память, в ней обмен данными по внешней шине идет не только по фронту тактового импульса, но и по спаду, из-за чего на той же частоте можно передать вдвое больше информации, а чтобы воспользоваться этим увеличением, внутреннею шину расширили вдвое. То есть работая на тех же частотах что SDR, DDR память передаёт в 2 раза больше данных.

SDR и DDR (Схема)

Следующие поколения памяти DDR не сильно отличаются, увеличивается только частота работы буферов ввода вывода, а также расширяется шина, связывающая ядро памяти с буферами, сам принцип работы не меняется, но даже так, каждое новое поколение получает таким способом существенное увеличение пропускной способности, без увеличения частоты работы самих ячеек памяти.

(Схема) DDR 2, DDR 3, DDR 4, DDR 5

Понятно, что с каждый новым поколением улучшается работа логики, техпроцесс и многое другое. Но сам принцип работы остаётся одним и для общего понимая этого достаточно.

Ниже оставлю видео версию статьи, может кому будет интересно посмотреть на 3D анимацию планок памяти. На этом у меня всё, всем пока.