Brainiac361
Cadet 4th Year
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- Okt. 2003
- Beiträge
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Also wenn hier schon so viel klug geschissen wird, dann muss ich aber auch noch mitmachen...
Die eigentliche Supraleitung schon einige Kelvin über dem absoluten Nullpunkt hat aber eine andere Bewandnis. Diese hat mit sogenannten Cooperpaaren zu tun. In vielen leitenden Materialen können jeweils zwei freie Elektronen (trotz ihrer elektrischen Abstoßung) eine Bindung eingehen und ein Teilchenpaar bilden, indem sie ihre Spins entgegengesetzt ausrichten. Durch diese "Absprache" sinkt ihr Gesamtenergieniveau minimal ab, was den Zustand also theoretisch stabil macht.
Allerdings ist diese Energieschwelle so gering, dass sie bei Normaltemperaturen sofort durch Wechselwirkungen mit wärmeschwingenden Atomrümpfen wieder aufgebrochen wird.
Wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt ist die Wärmeschwinung jedoch so gering, dass die Cooperpaarbindung nicht mehr überwunden werden kann. Eine Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomrümpfen ist daher nicht mehr möglich und die Elektronen bewegen sich nun widerstandsfrei im Material, und das sogar bei geringen Kristallbaufehlern.
Im Gegenteil geht seine Leitfähigkeit wie bei allen Halbleitern sogar gegen Null.
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Was die Diskussion um die Transistor->CPU-Umsetzbarkeit angeht...
Prinzipiell ist das Strichwort "komplexe Schaltungen" ja schon gefallen, aber man kann es noch viel klarer sagen:
Schaltet man zwei Transistoren in Reihe, halbiert sich der mögliche Takt der Gesamtschaltung, da sich der Widerstand verdoppelt und damit auch die Zeit bis genügend Elektronen von einem Ende bis zum anderen geflossen sind!
Die Gesamttaktbarkeit einer CPU hängt also ab von:
- Dem verwendeten Transistortyp (Bauart, Materialreinheit, Größe...)
- Der Temperatur (denn sie beinflusst ebenfalls den el. Widerstand)
- Der längsten verwendeten Reihenschaltung
Der letzte Punkt ist Auch wichtig für die Grundlegende Prozessorphilosophie.
- Man kann CPUs entwerfen, die in einem Takt sehr viel erledigen (AMD), aber weil dabei längere Reihenschaltungen zustande kommen, wird man die CPUs nicht so schnell takten können.
- Man kann aber auch CPUs entwerfen, die jeden Befehl in viele kleine Einzelschritte zerhacken (Intel), wodurch nur kurze Schaltungen zustande kommen und man die CPU höher takten kann. Allerdings kommen hier auch wieder Pipelining-Probleme hinzu.
Was du beschreibst, ist die theoretische Supraleitung am absoluten Nullpunkt. In der Tat ist es so, dass jedes kristalline Material (also auch Metalle) ohne Kristallbaufehler irgendwo kurz vor dem absoluten Nullpunkt supraleitend wird. Silber zum Beispiel bei 0,002K.Night-Hawk schrieb:
Die eigentliche Supraleitung schon einige Kelvin über dem absoluten Nullpunkt hat aber eine andere Bewandnis. Diese hat mit sogenannten Cooperpaaren zu tun. In vielen leitenden Materialen können jeweils zwei freie Elektronen (trotz ihrer elektrischen Abstoßung) eine Bindung eingehen und ein Teilchenpaar bilden, indem sie ihre Spins entgegengesetzt ausrichten. Durch diese "Absprache" sinkt ihr Gesamtenergieniveau minimal ab, was den Zustand also theoretisch stabil macht.
Allerdings ist diese Energieschwelle so gering, dass sie bei Normaltemperaturen sofort durch Wechselwirkungen mit wärmeschwingenden Atomrümpfen wieder aufgebrochen wird.
Wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt ist die Wärmeschwinung jedoch so gering, dass die Cooperpaarbindung nicht mehr überwunden werden kann. Eine Wechselwirkung zwischen Elektronen und Atomrümpfen ist daher nicht mehr möglich und die Elektronen bewegen sich nun widerstandsfrei im Material, und das sogar bei geringen Kristallbaufehlern.
Das ist daher auch nicht richtig, denn Silizium wird (mit Ausnahme von einigen speziellen Tricks) bei Temperaturen im Ganzzahligen Kelvinbereich nicht supraleitend.Night-Hawk schrieb:
Im Gegenteil geht seine Leitfähigkeit wie bei allen Halbleitern sogar gegen Null.
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Was die Diskussion um die Transistor->CPU-Umsetzbarkeit angeht...
Prinzipiell ist das Strichwort "komplexe Schaltungen" ja schon gefallen, aber man kann es noch viel klarer sagen:
Schaltet man zwei Transistoren in Reihe, halbiert sich der mögliche Takt der Gesamtschaltung, da sich der Widerstand verdoppelt und damit auch die Zeit bis genügend Elektronen von einem Ende bis zum anderen geflossen sind!
Die Gesamttaktbarkeit einer CPU hängt also ab von:
- Dem verwendeten Transistortyp (Bauart, Materialreinheit, Größe...)
- Der Temperatur (denn sie beinflusst ebenfalls den el. Widerstand)
- Der längsten verwendeten Reihenschaltung
Der letzte Punkt ist Auch wichtig für die Grundlegende Prozessorphilosophie.
- Man kann CPUs entwerfen, die in einem Takt sehr viel erledigen (AMD), aber weil dabei längere Reihenschaltungen zustande kommen, wird man die CPUs nicht so schnell takten können.
- Man kann aber auch CPUs entwerfen, die jeden Befehl in viele kleine Einzelschritte zerhacken (Intel), wodurch nur kurze Schaltungen zustande kommen und man die CPU höher takten kann. Allerdings kommen hier auch wieder Pipelining-Probleme hinzu.
