«

»

May 18 2016

Greutatea memoriei

iphone dataMă jucam zilele trecute, împreună cu un prieten, cu două telefoane, un iPhone 6 și unul 6s. Și tot prețăluindu-le pe amîndouă am remarcat că 6s-ul era sesizabil mai greu. Intrigați, le-am cîntărit și ăla mai nou avea vreo 10 grame în plus. Dacă am fi fost doar niște nărzi obișnuiți, am fi căutat pe net imediat (ceea ce am și făcut) și am fi aflat că motivul este noul ecran Touch 3D, cu un extra-strat și bla-bla-bla. Dar noi sîntem, probabil, nărzi din ăia la care pînă și nărzii obișnuiți se uită ciudat, așa că ne-am pus o întrebare simplă: “Da’ oare cît de multe date ar trebui să băgăm într-un telefon ca să fie mai greu decît unul identic, dar gol?”.

Neavînd multe alte lucruri mai bune de făcut, am trecut imediat să calculăm. Am căutat întîi pe net, desigur, însă răspunsurile găsite aveau greșeli “flagrante” (v-am zis că sîntem nărzi extraordinaire) așa că am rămas tot la calculele proprii. Ce ne-a ieșit vă zic doar la urmă, iar pînă atunci vă arăt cîteva numere, ca să fiu sigur că sînteți interesați de-adevăratelea.

Întrebarea noastră avea două subîntrebări: 1) “cît cîntărește un bit de informație?” și bemic) “care-i diferența în greutate pe care o sesizăm «la mînă»”? Adică fără cîntar, cît de ușor ne dăm seama că două chestii sînt diferite ca greutate? O să încep cu a doua întrebare, că-i mai simplă. Aparent, există o Lege a lui Weber care spune că omul își poate da seama că două obiecte cîntăresc diferit dacă între greutățile lor e o diferență de 5%. Un iPhone 6s are vreo 150 de grame, 5% înseamnă 7,5 grame. Hai, rotunjesc la 8 ca să iasă numerele mai ușor (să ne imaginăm că sînt mai insensibil, așa). Deci ca să mă prind că un telefon e mai greu decît altul din cauza datelor, ar trebui să bag în el 8 grame de informație.

Pasul doi, care era 1) mai sus, are un răspuns nițel mai complex. Datele se stochează în “0” și “1” în memorie. Și aparent, în memoriile astea de tip flash, ca să înregistrezi un “1” capturezi niște electroni, pe care starea de “captură” îi face să fie mai energici. Iar proful de computer science John D. Kubiatowicz, de la UC Berkeley, a estimat (conservator) că diferența de energie e de vreo 10-15 J/bit. “J” e Joules, unitate de măsură a energiei, dar nu vă speriați, că o dăm pe einstein-isme și scăpăm de J: E=mc2, și de aici rezultă că energia aia în plus a unui bit “1” înseamnă vreo 10-29 g.

Adică, pentru a fi în stare să deosebești două ifoane la mînă, ar trebui să bagi într-unul dintre ele 8×1029 biți de informație. 1029 bytes, sau pentru nărzii francofoni, octeți.

Pe de altă parte, oamenii au evaluat cantitatea de informație din tot Internetul. E mare: 5 milioane de TeraBytes (TB), adică 5×1018 bytes. Mare dar, după cum v-ați prins deja, nu suficient de mare. Vedeți voi, ca să bagi 8 grame de date într-un iPhone, ai nevoie de vreo 20.000.000.000 de Interneturi!

Cu alte cuvinte, chiar și informațiile “grele” nu cîntăresc aproape nimic. Probabil că ăsta este și motivul pentru care niciunul dintre acoperiții din justiție sau presă ai serviciilor de informații nu simte vreo o greutate care să-i apese umerii.

Text apărut în Cațavencii din 4 mai 2016.

16 comments

Skip to comment form

  1. florin

    Fiecare bit de informartie are nevoie de o sarcină electrică stocată intr-o poarta flotanta (îngropată) în oxid, intr-o structura de tranzistor mos. Cred că trebuie plecat de la sarcina respectivă în Coulomb si calculat câți electronice sunt stocați acolo, care au masa.

    1. Tata Uraniu

      Păi de ce ar trebui plecat de la sarcina aia, cu alte cuvinte ce e greșit în calculul de mai sus? și be) din cîte am înțeles eu pînă acum, nu are importanță cîți electroni sînt stocați acolo, pentru că electronii ăia nu sînt în plus, luați de pe fir, ca să zic așa. SSD-urile nu își modifică sarcina cînd sînt scrise. electronii care ajung să reprezinte 1 sau 0 sînt deja acolo, diferența este că, în momentul în care sarcina aia e stocată, are un nivel energetic nițel mai mare. Zic greșit?

      1. florin

        Modul de stocare a bitului de informatie intr-o memorie de tip flash este prin transferarea prin “tunnel effect” sau “hot carrier injection” a unei sarcini electrice intr-o poarta de aluminiu flotanta a unui tranzistor mos. Poarta asta flotanta este fizic plasata sandwich, intre canalul de semiconductor si o alta poarta metalica sau de polisiliciu conectata la exterior, izolata cu cativa nm de oxid. Modalitatea de transfer e dupa tehnologia aleasa, e irelevant, efectul final e acelasi, niste electroni sunt injectati sau extrasi in/din bucatica aia de aluminiu izolata in oxid. Aia sunt electroni in plus sau in minus, sunt extrasi sau bagati pe sarma aia izolata, similar cu electronii acumulati pe firele de par atunci cand ne electrizam parul la masina Van der Graff. Daca sunt injectati, atunci e un exces de sarcina electrica negativa si tranzistorul respectiv, daca e de tip N, are un treshold mai mare, e shiftat in sus, respectiv are un threshold mai mic daca e de tip P. Similar threshold-ul shifteaza in sens invers la extractia de sarcina negativa, deci exces de goluri. Ca sa fie citit bitul, se aplica pe poarta cealalta, conectata la exterior, o tensiune ca valoare intre thresholdul tranzistorului neprogramat si cel al tranzistorului programat (cam 1.5V la neprogramat si 4-4.5V la programat), deci cam 2.5-3v. Injectand un curent de cativa microamperi prin tranzistor se poate decide daca e programat sau nu, conduce curent daca e neprogramat, nu conduce daca e programat.

        Mai avem ceva:
        – tranzistorul neprogramat conduce curent si se considera a reprezenta bitul 1, iar cel programat reprezinta bitul 0. Memoria cand iese din fabrica e neprogramata, toti bitii sunt 1, urmand a fi programati bitii cu 0.
        – nu poate fi programat/citit un singur bit individual din considerente de spatiu, nu se poate face interconectarea fizica a legaturilor electrice incat sa existe acces la fiecare in parte. Citirea se face la nivel minim de byte, iar scrierea la nivel de pagina (minim 16 bytes) sau blocuri ce variaza dupa tipul si marimea memoriei de la 512 bytes la 4-8-16kBytes.
        Dupa cum am explicat pana acum, tranzistorul programat contine sarcina in exces sau in lipsa, dupa tehnologie. Deci bitul 0 de informatie din memorii flash are o greutate diferita, egala cu greutatea numarului de electroni stocati sau extrasi in/din poarta aia.

        Cam asta ar fi modalitatea de functionare a memoriilor flash, neintamplator proiectand din astea. Sincer, nu le-am cantarit pana acum. :wink: :mrgreen:

      2. Tata Uraniu

        Foarte mulțumesc de explicație, înțeleg și eu cum merge treaba. chiar mă întrebam.
        Pe de altă parte, ceva tot nu e clar, conform cu ce am citit prin alte părți: electronii ăia nu sînt luați din priză. Că dacă ar fi, stickul ar fi încărcat electric, nu? Și din ce am citit eu, nu apar electroni noi în sistem, greutatea lor e aceeași. Doar că atunci cînd sînt prinși în tranzistor, au o stare energetică mai înaltă. De altfel, cifrele date de tipul din Berkeley confirmau asta, diferența de energie era mai mică de vreo zece ori decît masa unui electron.
        Deci greutatea diferită ar veni din diferența de energie a electronilor, nu din surplus de electroni.
        Așadar dacă nu e cum zice tipul ăsta, se acumulează sarcină pe stick la scriere?

      3. florin

        Reanalizand situatia cred ca nu exista sarcina neta acumulata in siliciu. Se acumuleaza sarcina pozitiva sau negativa pe poarta aia flotanta, dupa tipul de tehnologie, dar in mod simetric sarcina de polaritate opusa se acumuleaza/goleste in canalul tranzistorului, pe principiul capacitorului. Poarta e o armatura, canalul e alta. Deci sarcina neta nu este, un capacitor nu are sarcina neta, este doar mutata o sarcina electrica, prin consum de energie, de pe o armatura pe alta prin aplicarea unui camp electric.

        Deci ramane cum a zis nea ala.

  2. andu YY

    Sau poate sunt niste condensatoare si rezistente miniaturale in plus care sa faca alea 8 grame.
    Eu stiam ca memoriile sunt niste porti tranzistorizate inchise sau deschise ( adica starea de zero si unu ) si o poarta de asta inchisa sau deschisa are aceeasi greutate . Nr de porti disponibile, de ex. 10 la a 20-a e nr finit care iti definetse memoria device-ului , adica nu cata info am bagat in el ar da diferenta de greutate , ci niste micro-componenente .

    PS ai schimbat random quote? sau ai adaugat altele:?
    misto
    febletea mea quote -urile astea :D:D:D:D:D

    1. Tata Uraniu

      :D n-am mai umblat la quotes de cînd le-am făcut. Cică starea de “1” are o diferență energetică mică-mică de tot, cum ziceam, vreo 10^-15 jouli. nu sînt niște porți simple, cică sînt ceva mai complex, abia acum am început să citesc despre ele, “floating gates”, și aparent starea de “1” e vag mai energetică. deci mai grea.

  3. andu YY

    hmmm ,starea de 1 e mai grea? de la ce ? ca tocmai ce ziseși ca electronii sunt tot de acolo ,nu veniți din afara firului
    Chestia se aseamănă cu încercarea de cântărire a sufletului
    cica ar avea cam20 grame :(

  4. Tata Uraniu

    21. :)
    Starea de “1” are mai mută energie, asta spuneam. de fapt, n-o spun eu, că nu înțeleg exact ce și cum, o spune proful ăla de computere de la Berkeley. iar energia se traduce în masă, aia e tot. încă citesc să mă lămuresc cum anume se scriu datele pe SDD.

  5. Tata Uraniu

    deci fiecare electron e mai energic, și de-acolo și o diferență de masă. minusculă, după cum se vede, dar diferență.

  6. andu YY

    aaaa deci eu nu-s gras , am mai multa memorie :D:Dcu electroni d-astia grei

    Rogu-te daca afli cum devine chestia cu electronul mai greu spune-ne si noua …

  7. Tata Uraniu

    dacă aflu, vin aicișea la panou și vă zic :)

  8. Gigaflu Răcitu

    Cred ca 5 milioane de Tb e cam putin.
    Uite niste date din 2013:
    14.3 Trillion – Webpages, live on the Internet.
    48 Billion – Webpages indexed by Google.Inc.
    14 Billion – Webpages indexed by Microsoft’s Bing.
    672 Exabytes – 672,000,000,000 Gigabytes (GB) of accessible data.
    43,639 Petabytes – Total World-wide Internet Traffic in the year 2013.
    Over 9,00,000 Servers – Owned by Google.Inc, the Largest in the world.
    Over 1 Yotta-byte – Total data stored on the Internet (Includes almost everything).
    De aici: http://www.factshunt.com/2014/01/total-number-of-websites-size-of.html

    1. Tata Uraniu

      eu am luat cifra de la Eric Schmidt, care făcea un calcul legat de cît d emult a indexat Google din Internet. Era o estimare, și spunea că de fapt se cam dublează pe an, parcă, și da, cifra era de prin 2010, cred. Dar linkul ăsta nu pare să dea nici o sursă. Deci nu-ș ce să zic, dar poate adevărul e undeva între. Oricum, pe plauzibil să fie mai mare decît cifra dată de mine, pentru că, repet, e o estimare de acum cîțiva ani.

  9. Gaz Sarin

    Hello Tata Uraniu, ceva nitel off-topic, dar mi-a venit ideea dupa ce am citit azi o stire si am concluzonat, pe baza unor comentarii inepte, ca ar putea constitui un punct de pornire pentru o lectie de fizica marca Tata Uraniu 8) . Stirea e despre cum a evitat un avion pe ultima suta de metri o coliziune cu 3 drone inainte de aterizare, in Bilbao:
    http://www.hotnews.ro/stiri-international-21018126-airbus-companiei-lufthansa-evitat-trei-drone-aterizarea-aeroportul-din-bilbao.htm
    Comentariul cu pricina e de pe facebook, si spune asa:
    “Ce tampenie e si asta? O drona nu are ce sa dauneze unui avion mare. Poti arunca geamantane intr-un turbo reactor si nu pateste nimic”.
    Ma gandeam ca poate explici, in maniera stiintifico-hazlie caracteristica, de ce pina si o cioara poate dobori un avion. :lol:
    Salutari!

    1. Tata Uraniu

      good idea, mersi fain! Mă documentez și revin :D

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

:D :-) :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen: