• Thursday June 27,2019

Stvaranje manjih čipova računala

Anonim

U području koji se brzo smanjuje, mikro je već retro. Današnji najmanji tranzistori - osnovne komponente obrade informacija - oko tisuću širine ljudske kose i djeluju na nekoliko milijardi ciklusa u sekundi, ili gigaherc. To je u redu za slušanje CD-ova ili igranje The Simsa. Ali to je previše glomazno i ​​nigdje blizu dovoljno brzo za sljedeću generaciju uređaja.

Najpouzdaniji način za povećanje brzine kojom se električni napori rade je smanjenje udaljenosti koju moraju putovati. I tamo je tehnološki utroba. Do kraja ovog desetljeća, mnogi stručnjaci predviđaju da će trenutni način izrade mikrokrižnica - učinjeno sjajnim visokofrekventnim svjetlom kroz šablone matrice kako bi se spojili čip na poluvodiču - dosegnuli svoje fizičke granice, a pojedinačni elementi daju se na nešto poput jedne petine veličine današnjeg najboljeg.

Na tim dimenzijama pojavljuju se problemi s kvantnim ponašanjem. Električni troškovi mogu proći kroz izolaciju i tunel u susjedne linije. Toplina postaje veliki problem. Nije iznenađujuće, mnogi stručnjaci osjećaju da je vrijeme da istovremeno napusti tranzistor i krene dalje.

Gdje? Ima obilje ideja. Jedan, nedavno razvijen od strane Hewlett-Packard tima, je krug "križaste šipke" od platinastih i titanskih žica koji imaju samo nekoliko desetaka atoma promjera. Oni leže jedni prema drugima poput žica teniskih reketa. Druge skupine gledaju na upotrebu jedne organske molekule, koja se između dvije elektrode spajaju kao tranzistor. No, cijele molekule su još uvijek prevelike za one znanstvenike koji su bijesno radili na onome što smatraju supersmall Next Big Thing: spintronics.

Konvencionalni tranzistori, mali kao oni, rade kontroliranjem velikih pokreta bezbrojnih električnih naboja kroz različite "dopiran" dijelove silicija. Silicijski kristal je dopiran dodavanjem tragova nekog drugog elementa koji ima ili više slobodnih elektrona od silicija četiriju (stvarajući višak elektrona i rezultirajući negativnim ili n-tipom) ili manje slobodnih elektrona (stvarajući neto elektrona deficit, a time i pozitivan, ili p-tip). Naknade se prenose između dvije regije jedne vrste prolazeći kroz intervencijsku "vrata" drugog tipa. Vrata se otvaraju ili zatvaraju primjenom napona. To je veličanstvena tehnologija. Ali to u načelu nije bitno drugačije od Edisonove žarulje - to postiže svoj učinak tako što se kreće golemom brzinom.

Naplata, međutim, nije jedini talent elektrona. Svaka također ima čudnu imovinu nazvanu spin: Ponaša se kao da je infinitezimalna revolucionarna sfera s magnetskim poljem koje se poravnava s osi spina. Svaki elektron je ili "spin up" ili "spin down", svojstvo koje se može preokrenuti magnetskim poljem. Budući da binarno računanje prepoznaje samo dva stanja - 0 ili 1, uključivanje ili isključivanje - dvije se okretaje mogu koristiti na sličan način. Na taj način nudi nekoliko prednosti. Jedna stvar, gotovo nikakva energija nije potrebna da bi "flip" spin elektrona. Flip je dramatično manje vremena nego što je potrebno da se stado elektrona kreće prema cilju.

I to radi. Posljednjih godina, istraživači elektronike su napravili svjetlosni napredak u njihovoj sposobnosti da manipuliraju elektronskom spinom. U posljednje dvije godine David Awschalom i njegovi kolege na Kalifornijskom sveučilištu u Santa Barbari pokazali su nove i ultrabrze sredstvo za generiranje, transportiranje i manipulaciju okretaja poluvodiča do 100 GHz korištenjem električnih polja. To bi tehnologiju moglo učiniti atraktivnijim za proizvođače čipova, koji su već uložili milijarde u postrojenja za izgradnju električnih priključaka na siliciju.

Još više tantalizira, moguće je razdvajati vrline bez električne struje ili magnetskog polja. Awschalomov tim nedavno je otkrio učinak predviđen prije 35 godina, nazvan efekt spin Hall: Uvođenjem određenih kemijskih nedostataka u poluvodič, elektrone s suprotnim vrelima mogu se potaknuti da se kreću u suprotnim smjerovima i postave na stranama čipa,

Spintronicsova istraživanja ubrzano se razvijaju, kaže Awschalom, uključujući i intrigantno novo polje molekularne spintronike. Istraživači žele koristiti molekule s kontroliranim svojstvima da bi zauzele mjesto tranzistora u mnogim aplikacijama. Budući da je čak i prilično bucmast molekula stotina puta mala kao danas najmanja tranzistor, to je privlačna ideja.

Awschalomova grupa gleda na načine na koje se molekule mogu pretvoriti u "spin kanale", kao što metalne žice služe kao kanali za punjenje. "Uvođenjem i kontroliranjem molekularnih veza svjetlom", kaže Awschalom, "moguće je raditi na elektronskim vrelima dok se kreću kroz kemijsku strukturu."

Bez obzira na to kako se ispostavlja, jedna je stvar jasna: Kontrola spina više nije isključivo Washingtonov fenomen.


Gordon Moore napisao je esej u časopisu Electronics prije 40 godina pod nazivom "Cramming More Components on Integrated Circuits". Trend koji je tada predvidio - broj tranzistora na jednom čipu udvostručit će se svakih 18 mjeseci, kasnije revidiran do dvije godine - pokazao se nevjerojatno točnim, Moore je postao suosnivač čipovskog diva Intel, a sada, u dobi od 76 godina, predsjednik emeritus je svojeg odbora.

Kako 's Moore ' s zakona podupiru? M: Još uvijek ima dosta načina da ide. Nikada nisam mogao vidjeti više od tri generacije tehnologije. Do generacije obično misli na točku kada smanjimo dimenzije [pojedinačnih čipova] faktorom od 0, 7. To se događalo svake tri godine. Nedavno je bliže svake dvije godine. Stoga je stopa evolucije zapravo povećana, poput širenja svemira. Na toj osnovi, postoje tri ili četiri naraštaja da idu prema trenutnom ritmu - najmanje još desetljeće ili tako.

No, nije li konvencionalni silicijski tranzistor osuđen zbog problema izrade kao što su veličine skupljaju? M: Ne mislim tako. Ne vidim ništa što dolazi jer će vjerojatno zamijeniti integrirane sklopove silicija. Pretpostavljam da se taj trend događa na drugi način: da se tehnologija [silicijska litografija] koja se razvila oko integriranog kruga sada usvaja u nekoliko drugih područja, poput mikroelektromehaničkih sustava, mikrofluidnih uređaja, kemijskih laboratorija na čipu i više. Što se tiče granica litografije, ta se granica i dalje gura. Sada govorimo o korištenju ultraljubičastog svjetla [kao litografska zraka], koja bi nam davala svjetlosni izvor od 13 nanometara, manji od onoga što sada koristimo za više od 10 faktora. Na kraju, mora postojati granica. Dva ili tri molekularna sloja su sve što se sada bavimo. Toplina je problem, ali pronašli smo načine za rješavanje problema.

Što će biti na našim stolnim računalima u desetljeću? M: Sigurno će biti nekakvo računalo, ali će imati ogromnu snagu obrade i nadamo se da će softver iskoristiti to. Ne bih se iznenadio ako se približavamo teraflopu [trilijuna matematičkih operacija u sekundi, oko 1000 puta brže od high-powered računala u 2005]. Ono što je mikroelektronika učinila s troškovima elektronike je napravilo gadgete kao što su mobiteli, a još uvijek ima puno vremena za poboljšanje. Jedno mjesto na koje ćete vidjeti veliku korist je u sustavima kućne zabave. Oni će se puno više integrirati i smanjiti cijenu.

Što je sa bežičnom tehnologijom? M: Nerazvijene zemlje će imati ogromnu korist; to je područje koje stvarno cvate. U ovoj zemlji glavno je pitanje kako se spektar dodjeljuje.

Je li vaš osobni život promijenjen brzim internetskim vezama? M: Pa, ne mogu dobiti širokopojasni pristup u mojoj kući. Imam DSL liniju.


Zanimljivi Članci

Legende "Hobita"

Legende "Hobita"

Kao i mnogi ljudi, slijedim priče o hobitima Floresa, H. floresiensis, s nekim zanimanjem od 2004. I, kao i većina ljudi, nemam osobnu stručnost ili vještinu koja je relevantna za procjenu jesu li ove navodne vrste hominin je nova vrsta (za razliku od patološkog modernog čovjeka). Pa kako ćemo procijeniti novi PLOS ONE članak koji se spušta na stranu da je to nova vrsta? Prvo, m

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Buldogs, inbreeding i korelirani odgovor

Posljednji od španjolskih Habsburgovaca New York Times ima dugu stvar, može li se buldog spasiti? U velikoj mjeri riječ je o usporedbi s problemima s čistokrvnim psima. Domaći psi puno su više homozigotni od ljudi. To jest, za njihove dvije genetske kopije oni imaju veću vjerojatnost da pokazuju sličnost od ljudi. To je

Juno na putu prema Jupiteru!

Juno na putu prema Jupiteru!

Vožnja na plamenu vatre iz Atlas V rakete, misija NASA-e Juno pokrenula je u 16:25 UT (12:25 istočnoeuropski vremen) na putu prema Jupiteru. Juno će potrajati 5 godina da dođete do Jupitera, uzimajući 3 milijardu kilometarsku stazu. U listopadu 2013. ponovno će proći Zemlju, koristeći se gravitacijom Zemlje i njegovim gibanjem oko Sunca da ukrade malenu količinu naše energije i pomogne je prema vanjskom Sunčevom sustavu. Odavde će

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše Sunce svibanj su se preselili iz njegovog galaktičkog rodnog mjesta

Naše sunce, koje se nalazi 26.000 svjetlosnih godina od središta Mliječne staze, možda je rođeno u nekom drugom dijelu galaksije, a kasnije se doselilo na njegovu trenutnu poziciju, otprilike na pola puta prema vanjskom rubu galaksije. Nova studija prkosi konvencionalnoj mudrosti da zvijezde provode cijeli životni vijek u istoj galaktičkoj regiji, te dovodi u pitanje astronomska teorija da galaksije imaju određene fiksne "naseljive zone" u kojima se vjerojatnije evoluira život. "N

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

Twitterov najveći hitovi - i najveće Miss

iStockphoto Kao niti jedna društvena medijska platforma od Facebooka, Twitter-a "microblogging " korisnici mogu koristiti za emitiranje 140-znakovnih poruka - uhvatili su fasciniranost svjetskih medija, javnosti, pa čak i rijetkog svijeta slavnih osoba. Iako je broj stvarnih Twittera relativno mali - oko 14 milijuna korisnika, u usporedbi s Facebookom 200 milijuna - rast tog mjesta je bio fenomenalan, a korisnici su u 2008.

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Hoće li deklaracija Vatikana o globalnom zatopljenju utjecati na cjelokupnu raspravu o klimatskim promjenama?

Ovo je gostujući post dr. Jamie L. Vernona, znanstvenog istraživača HIV-a i nastojanja za politiku, koji se nedavno preselio u DC kako bi dobio okus akcije Papinska akademija znanosti, Vatikanski nezavisni znanstveni panel, proglasio je da se mora poduzeti globalna akcija o klimatskim promjenama kako bi se izbjegle "ozbiljne i potencijalno nepovratne posljedice globalnog zatopljenja uzrokovane antropogenim emisijama stakleničkih plinova. &q