Was ist Computer-Hardware?

Vereinfacht ausgedrückt, ist Computerhardware jedes einzelne Gerät, das die Funktion eines Computers ermöglicht. Hardware entsteht durch den Aufbau von Schaltkreisen mit elektronischen Komponenten und kann entweder innerhalb des Computers oder als externes Gerät vorhanden sein, das an die Anschlüsse des Computers angeschlossen wird. Alle diese Geräte müssen in gutem Zustand sein und die Signale richtig weiterleiten, damit der Computer fehlerfrei funktioniert, und fast alle Hardwareteile können ersetzt und aufgerüstet werden, um einen leistungsfähigeren Computer zu erhalten. Beliebte Hardware-Upgrades sind der Einbau von Arbeitsspeicher (RAM), um den verfügbaren Gesamtspeicher eines Computers zu erhöhen, oder der Austausch eines Monitors gegen einen Bildschirm mit höherer Auflösung.

Computer-Hardware kann in zwei Kategorien eingeteilt werden: interne Computer-Hardware und externe Computer-Hardware:

Beispiele für interne Computer-Hardware

Zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)
Hauptplatine
Laufwerke, wie z. B. ein Blu-ray-Laufwerk, ein CD-Laufwerk, eine Festplatte und ein Solid-State Laufwerk
Netzgerät
RAM
Lüfter oder eine Art von Kühlkörper
Gehäuse
Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegeräte
Netzwerkkarte
Soundkarte
Videokarte
Modem

Beispiele für externe Computerhardware

Ausgabegeräte, wie z. B. ein Monitor oder eine Anzeigetafel
Eingabegeräte, wie z. B. Maus, Tastatur oder Gaming-Controller
Drucker
Lautsprecher
Externe Kameras
Externe Mikrofone
Externe USB-Laufwerke oder andere Formen von externem Speicher
Projektor

Was ist ein Halbleiter?

Halbleiter sind eine Schlüsselkomponente der Technologie, die wir täglich nutzen. Von Smartphones und Fernsehern bis hin zu Kühlschränken und LED-Glühbirnen wird alles mit Halbleitern betrieben.

Ein Halbleiter ist eine feste Substanz, die Leitfähigkeit zwischen einem Isolator und einem Metall bietet. Einer der am häufigsten verwendeten Halbleiter ist Silizium, der wichtigste Bestandteil bei der Herstellung elektronischer Komponenten und Namensgeber für "Silicon Valley", das als Epizentrum der modernen Technologie bekannt ist.

TOP-UNTERNEHMEN DER HALBLEITERINDUSTRIE

Samsung
Intel
SK Hynix
Taiwan Semiconductor Manufacturing
Micron Technologie
Qualcomm
Broadcom
Texas Instrumente

SUPERCOMPUTER UND QUANTENCOMPUTER

Definition eines Supercomputers

Ein Supercomputer ist im weitesten Sinne eine Klasse von extrem leistungsstarken Computern und wird oft auf die leistungsstärksten Systeme einer bestimmten Zeit angewandt. Moderne Supercomputer enthalten Zehntausende von Prozessoren und führen Billionen von Berechnungen pro Sekunde durch, gemessen in FLOPS (Gleitkommaoperationen pro Sekunde). Heutige Supercomputer, die hauptsächlich unter dem Betriebssystem Linux laufen, bestehen aus mehreren Computern, die parallel arbeiten, um ihre Leistung zu vervielfachen und mehrere Aufgaben gleichzeitig zu bewältigen.

Supercomputer eignen sich ideal für den Einsatz in Echtzeitanwendungen und sind für datenintensive und rechenintensive Prozesse von entscheidender Bedeutung, von der Wettervorhersage und Quantenmechanik bis hin zur Molekularmodellierung, Kernfusionsforschung und mehr.

Das Cloud Computing, auf das sich so viele Unternehmen und Nutzer verlassen, ist erst durch die Fortschritte im Hochleistungsrechnen möglich geworden. Sie haben es den Unternehmen ermöglicht, das traditionelle Modell eines Supercomputers vor Ort zugunsten von skalierbaren Remote-Servern, die eine enorme Verarbeitungsleistung erbringen können, zu umgehen.

Hardware für Supercomputer

Hunderttausende von Einzelkomponenten bilden die Supercomputer und ihre integrierten Geräte. Die meisten von ihnen sind so konzipiert, dass sie die internen Prozesse unterstützen, die Supercomputer in die Lage versetzen, riesige Mengen an Rechenleistung zu erzeugen.

Zur Hardware von Supercomputern gehören:

Prozessoren - Supercomputer verfügen über Zehntausende von Prozessoren, die Milliarden von intensiven Berechnungen in einer einzigen Sekunde durchführen. Diese Prozessoren rufen Programmanweisungen ab und führen sie aus, um Berechnungen durchzuführen und Speicherzugriffe zu initiieren.
Speicher - Supercomputer verfügen über große Speicherkapazitäten, die es der Einheit ermöglichen, jederzeit auf Informationen zuzugreifen. Ein Speicherblock ist mit einer Gruppe von Prozessoren verbunden, die einen Knoten bilden. Moderne Supercomputer können Zehntausende dieser Knoten enthalten.
Interconnect - Anstatt dass die Knoten gleichzeitig an getrennten Aufgaben arbeiten, ermöglicht der Interconnect den Knoten, gemeinsam an der Lösung einer einzigen Aufgabe zu arbeiten. Der Interconnect stellt auch eine Verbindung zwischen Knoten und E/A-Geräten her.
E/A-System - Das E/A-System umfasst Plattenspeicher, Netzwerk- und Bandgeräte, die alle zur Unterstützung des peripheren Subsystems eingesetzt werden.
Stromversorgung - Supercomputer benötigen oft mehr als fünf Megawatt an Rechenleistung. Aus diesem Grund werden die Stromversorgungen ständig aufgerüstet und aktualisiert, um mit den Entwicklungsanforderungen Schritt zu halten.

Quantencomputer erklärt

Das Quantencomputing ist eine völlig einzigartige und fortschrittliche Berechnungsmethode mit der Fähigkeit, exponentiell zu skalieren, wodurch das Potenzial für Fortschritte in der Materialwissenschaft, der Pharmazie, dem maschinellen Lernen und der Krankheitsdiagnose nahezu unbegrenzt ist. Im Gegensatz zur klassischen Datenverarbeitung, bei der einzelne Bits manipuliert werden, die Informationen als binäre 0- und 1-Zustände speichern, stützen sich Quantencomputer auf die Quantenmechanik, um Quantenbits oder Qubits zu erzeugen.

Qubits sind subatomare Teilchen wie Elektronen und Photonen, die isoliert werden, um einen kontrollierten Quantenzustand zu erzeugen. Aufgrund der Quanteneigenschaften kann eine beliebige zusammenhängende Gruppe von Qubits eine wesentlich höhere Verarbeitungsleistung erbringen als eine entsprechende Anzahl binärer Bits. Zwei Eigenschaften, die dies ermöglichen, sind Überlagerung und Verschränkung.

Superposition - Während binäre Bits nur in einem von zwei Zuständen, nämlich 1 oder 0, existieren können, funktionieren Qubits umgekehrt und sind in der Lage, zahlreiche mögliche Kombinationen von 1 und 0 zu einem bestimmten Zeitpunkt darzustellen. Die Fähigkeit, gleichzeitig in mehreren Zuständen zu existieren, wird als Superposition bezeichnet und ermöglicht es einem Quantencomputer, eine riesige Anzahl möglicher Ergebnisse auf einmal zu analysieren. Sobald das Endergebnis einer Berechnung gemessen wird, kollabiert das Qubit entweder zu einer 1 oder einer 0.
Entanglement - Sie tritt auf, wenn zwei Qubits in einem einzigen Quantenzustand existieren und jede Änderung an einem Qubit die gleiche Änderung am anderen bewirkt, unabhängig von der physikalischen Entfernung. Die Verschränkung führt zu einer exponentiellen Steigerung der Rechenleistung, wenn ein zusätzliches Qubit hinzugefügt wird. Quantencomputer stützen sich auf mehrere verknüpfte verschränkte Qubits, um Berechnungen durch die Verwendung von einzigartigen Quantenalgorithmen zu beschleunigen.

Quantencomputer-Hardware:

Die Verwendung von Qubits über einen längeren Zeitraum erfordert extrem kalte Temperaturen - jede Wärmeeinwirkung auf das System kann zu kritischen Fehlern führen, die als Dekohärenz bezeichnet werden. Quantencomputer müssen in der Lage sein, Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt zu erzeugen und zu betreiben.

Quantencomputer halten ihre Temperatur durch den Einsatz eines Verdünnungskühlschranks aufrecht. Diese Kühlsysteme mischen die Eigenschaften von zwei Heliumisotopen, um die Existenz von Qubits zu ermöglichen.

Der Qubit-Signalverstärker ist die erste Verstärkerstufe eines Quantencomputers, die auf eine Temperatur von 4 Kelvin gekühlt wird.
Eingangsmikrowellenleitungen dämpfen jede Stufe im Kühlschrank, um die Qubits vor schädlichem thermischen Rauschen zu schützen, während sie Steuer- und Auslesesignale an den Prozessor senden.
Supraleitende Koaxialleitungen leiten die Signale zwischen den ersten beiden Verstärkungsstufen und bestehen aus Supraleitern, um den Energieverlust zu minimieren.
Kryogenische Isolatoren leiten die Signale der Qubits weiter und unterdrücken gleichzeitig das Rauschen, um die Qualität der Qubits zu erhalten.
Die Quantenverstärker befinden sich innerhalb einer magnetischen Abschirmung, um die Auslesesignale des Prozessors zu erfassen und zu verstärken, während das Rauschen auf ein Minimum reduziert wird.
Der Kryoperm-Schild beherbergt den Quantenprozessor und schützt ihn vor elektromagnetischer Strahlung, um die Qualität zu erhalten.
Die Mischkammer befindet sich im untersten Teil der Kammer und stellt die enorme Kühlleistung bereit, die erforderlich ist, um den Prozessor und andere Komponenten auf eine extreme Temperatur von 15 mK herunterzukühlen.