Varför blir bärbara datorer lättare men ändå kraftfulla?

Under åren har ingenjörer kunnat stoppa in fler och fler transistorer inuti det integrerade kretschippet, och på så sätt öka bearbetningsprestanda per ytenhet.

Om du är millennial eller äldre, kommer du utan tvekan ihåg de skrymmande bärbara datorerna från 80-talet och början av 90-talet. Om inte, klicka här och kolla in dessa vintage bärbara datorer. Jämför dem med de bärbara datorer du ser idag, som

Apple MacBook

, Lenovo Yoga

och

HP Spectre,

och du skulle slås av vördnad över deras eleganta utseende. Hur gick bärbara datorer över från dessa skrymmande 15+ pund-maskiner på 80-talet till de lätta och otroligt kraftfulla bärbara datorerna 2020?

Om du noga övervakar säljplanen för tillverkare av bärbara datorer nuförtiden, läggs stor vikt vid hur eleganta, lätta och effektiva deras bärbara datorer är. Faktum är att många bärbara datorer är så lätta att vi kan plocka upp dem med bara två fingrar! Trots sin kompakthet är dessa datorer fortfarande beväpnade med kraftfulla processorer, gott om lagringsutrymme och långvariga batterier, vilket väcker frågan… varför har bärbara datorer blivit så smala med åren, trots att deras lagrings- och beräkningskapacitet har vuxit avsevärt?

Fler MOSFETs i ICs

Den största anledningen till minskningen av datorstorlek är att tillverkare har kunnat göra integrerade kretsar (IC) mindre, vilket gör att viktiga IC:er som processorer är extremt kompakta, men ändå mycket kraftfulla. Detta görs genom att stoppa fler MOSFET-transistorer inuti ett givet utrymme.

Du förstår, IC:er är små elektroniska system i och för sig. Om du gick en grundläggande elektronikklass i din skola eller högskola, skulle du veta att en elektrisk krets i grunden består av grundläggande elektroniska komponenter som motstånd, kondensatorer, transistorer, dioder, etc.

Nu, i integrerade kretsar (IC) används en speciell klass av transistorer som kallas metalloxidkiselfälteffekttransistorer (MOSFET) för att emulera specialfunktionskretsar . MOSFETs har fysiska egenskaper som gör det möjligt för ingenjörer att replikera funktionaliteten hos motstånd, kondensatorer, switchar, etc. genom att använda dem. Det bästa med MOSFET:er är att de är lättare att skala; med andra ord, genom att optimera designteknikerna kan ingenjörer stoppa in fler transistorer inuti IC:erna.

Således har ingenjörer under åren kunnat stoppa in fler och fler av dessa transistorer i IC-chippet, vilket ökade bearbetningsprestanda per ytenhet. Det bästa var att tillägget av fler transistorer inte krävde mer elektrisk kraft eftersom deras storlek förblev densamma. Som ett resultat översattes detta till mer processorkraft per enhet el.

Moores lag

Denna demonstration av ökad processorkraft utan en ökning i storlek förklaras bäst av Moores lag. Gordon Moore, medgrundare av Electronics Magazine, publicerade en artikel på 1960-talet som förklarade den otroliga effekten av miniatyriseringen av teknik och förutspådde att det skulle ta cirka 18 månader att fördubbla deras processorkraft. Det betyder att en processor om 10 år skulle vara 100 gånger kraftfullare än en processor idag! Du kan läsa varför datorer i allmänhet har blivit mindre och kraftfullare med åren här.

Framsteg inom mjukvara

Det här kanske inte låter som ett intuitivt alternativ för att göra datorer snyggare, men mjukvara och verktyg har också spelat sin roll för att minska storleken på bärbara datorer. Det finns många avancerade elektriska kretsar och systemsimuleringsprogram tillgängliga på marknaden, inklusive PSpice, ECAD, Proteus, MATLAB och SciLab.

Alla dessa tillåter tillverkare att snabbt testa sina konstruktioner genom att köra simuleringar. En simulering består i grunden av att lägga kretsschemat på datorprogramvara och sedan mäta uteffekten från kretsen. Detta sparar mycket tid under utvecklingsstadierna.

Dessa mjukvaruframsteg har gjort det lättare för tillverkare att snabbt testa sina nya kompakta konstruktioner, snarare än att manuellt testa allt.

Också , under decennierna har tillverkare samlat in enorma mängder data angående design och tillverkningsprocesser. Tillsammans med framsteg inom mjukvara för kretssimulering har detta hjälpt dem att upptäcka sätt på vilka bärbara datorer kan göras ännu snyggare genom effektiv design.

Simulering och modellering av virtuell krets (Foto: supatnchai_sc/Shutterstock)

Krympande portar

Du har säkert märkt genom åren att även datorportar krymper eller försvinner helt . Till exempel brukade bärbara datorer på 90-talet komma med gigantiska skrivarportar. Men nu för tiden fungerar skrivare trådlöst, så de stora skrivarportarna har försvunnit från bärbara datorer.

Många bärbara tillverkare avskaffar också Ethernet-portar, som är relativt skrymmande. Det har också skett utvecklingen av USB-portar. USB typ C-portar, som många bärbara datorer levereras med idag, är mycket mindre än tidigare generationers USB-portar. Alla dessa justeringar har hjälpt till att göra bärbara datorer smalare.

Användning av lättare men kraftigare material

Många bärbara datorer, särskilt premium, använder i allmänhet lätta magnesiumlegeringar i sin konstruktion. Legeringar som dessa är valda inte bara för sin lägre vikt, utan också för sin högre relativa styrka och bättre hållbarhet. De används inte bara för att göra yttre paneler och chassi, utan också för att göra delar fixerade inuti den bärbara datorn, som fästen och hållare. Detta har hjälpt till att göra bärbara datorer betydligt lättare i vikt.

Bättre batterier

Äntligen har batterierna också förändrats avsevärt under åren. Vi har nu helt övergått från gamla nickel-kadmium- eller nickelhydridbatterier. Även om de fungerade bra för sin tid, med en så stor ökning av bearbetningsförmåga, är energin de har helt enkelt inte lämplig för dagens datorbehov. Nuförtiden kommer bärbara datorer istället med effektiva litiumjon- eller litiumpolymerbatterier, som inte bara rymmer mycket mer energi än tidigare nickelbaserade batterier, utan också är betydligt lättare.

Finns det några avvägningar förknippas med smalare och lättare bärbara datorer?

Hittills har vi diskuterat all vetenskap och teknik som är involverad i att göra bärbara datorer lättare och snyggare. Vi har också sett att marknadsförare för bärbara datorer starkt övertygar potentiella köpare att köpa sina bärbara datorer på grund av deras elegans i kompakthet. Faktum är att stationära datorer har bleknat i popularitet genom åren eftersom fler och fler människor väljer bärbara datorer, eftersom de är bärbara och mycket lättare.

Så, har vår förkärlek för lättare bärbara datorer gjort dem lättare och kraftfullare, utan några större nackdelar? Tja, marknadsförare vill att du ska tro det, men det finns några avvägningar förknippade med denna oändliga strävan efter kompakthet.

Kompromissen med att göra smala lättviktsbärbara datorer är att de ofta kompromissar med kylflänsen och andra värmeavledande egenskaper. Värme är en viktig faktor som påverkar datorprestanda. Om du ser bärbara speldatorer är de skrymmande och tyngre eftersom när du spelar avancerade spel som

GTA, Far Cry,

eller

Hitman

, mycket värme genereras, som sedan ventileras ut av de stora ventilerna och fläktarna som kommer vanligtvis på bärbara speldatorer.

Termisk strypning

Nå, några av er kanske undrar vad som händer om bärbara datorer värms upp och inte effektivt kan avleda den alstrade värmen? Tja, det leder till ett problem som tekniskt kallas termisk strypning

Om man ställer problemet med termisk strypning åt sidan, har ingenjörer gjort ett berömvärt jobb med att få ner vikten på bärbara datorer, samtidigt som de har förbättrat beräkningskapaciteten. Från att klämma in fler transistorer till att använda lättare men effektivare batterier, bärbara datorer har utvecklats på otaliga sätt genom åren och erbjuder oss nu sann portabilitet för våra beräkningsbehov.

Referenser

1. PC World
2. Pennsylvania State University
1. New York Times

,,

,,,

,,,,,,,,

,,,

,

,, ,

,,,

,, ,,