Выдающиеся отечественные и зарубежные учёные, внёсшие существенный вклад в развитие и становление ин...
Информация - Компьютеры, программирование
Другие материалы по предмету Компьютеры, программирование
?пределах десяти лет.
Недавно ученые излаборатории Белл-телефон изготовили самый миниатюрный работающий транзистор - егопоперечный размер 60нанометров, этовсего-навсего длина цепочки из180атомов. Этот транзистор вчетыре раза меньше самого маленького изранее созданных, онуспешно работает ипоказывает рекордные величины усиления. Потребление энергии унего всторазменьше, чемусовременных транзисторов. И этохорошая новость.
Но вместе стеместь иплохая: исследователи обнаружили, чтоидет туннелирование электронов через подложку, отделяющую канал проводимости отуправляющей сетки. Пока ононевлияет напротекающий ток, нонадо тщательнее изучить егопоследствия. По мнению руководителя работ Стивена Хилениуса, дальнейшее уменьшение параметров невозможно: Похоже, мысделали первый изпоследнего поколения транзисторов .
Эволюция транзисторов иинтегральных схем 1964
В чемпричина такого пессимизма? Да всевтехженазванных проблемах. Прежде всего вросте локальных значений электрического поля, который неизбежно сопровождает миниатюризацию. При комнатной температуре электроны движутся также, какиподдействием напряжения в0,026 вольт. Эта величина называется тепловым напряжением . Поэтому управляющий сигнал должен быть заметно больше, чтобы преодолеть случайные колебания. Для транзисторов наоснове кремния характерные величины подаваемых напряжений отполовины вольта довольта. Даже такое небольшое напряжение, приложенное наочень малых расстояниях, порождает огромные электрические поля (напряженность поля равна напряжению, деленному нарасстояние) иможет привести кпробою воздуха, что, естественно, нарушит работу прибора. Нынешние транзисторы ужеработают напределе такого пробоя.
Миниатюризация увеличивает тепловыделение накаждый квадратный сантиметр. Причина чисто геометрическая: размеры проводов уменьшаются водном направлении, аплощадь кристалла сверхбольшой интегральной схемы (чипа) вдвух. Современные устройства выделяют до30ватт наквадратный сантиметр, этоаналогично нагреву вещества до1200градусов, вдесять развыше кухонной скороварки. Конечно, подобного перегрева допускать нельзя нивкоем случае, поэтому разработано множество технологий охлаждения, которые, ксожалению, сильно удорожают стоимость чипов.
Следующая сложность связана спромышленным производством транзисторов. Их выжигают наподложках излучением, потом различные химические реакции доводят дело доконца. Но излучение трудно сфокусировать набольшой площади, температура подложки может слегка меняться этоприводит кнезначительным вариациям свойств разных транзисторов, чтонедопустимо. Причем суменьшением размеров всесложности возрастают.
Эволюция транзисторов иинтегральных схем 1973
Возрастает стоимость устройств, создающих выжигающее излучение, даиподдержки подложек должны быть всеболее точными. Контроль качества становится сложной идорогостоящей процедурой.
Чтобы создавать новые ивсеболее миниатюрные чипы, совершенно необходимо просчитывать конструкцию накомпьютере. Раньше движение электронов попроводнику описывалось простыми законами электричества, нотеперь провода стали столь миниатюрными, чтоэлектроны движутся понимнеустойчивым потоком, аслучайными толчками. Их просто невозможно просчитать стребуемой точностью, поэтому резко усложняется ипроцесс разработки новых чипов.
Как жебыть? Что ждет насвпереди?
Размышления обудущем транзистора заставляют насобратиться кеготриумфальному полувековому шествию. Оно небыло случайным. По сравнению спредшествующими вакуумными лампами транзисторы были простыми, дешевыми иэффективными. Потомкам транзистора придется очень нелегко, поскольку егонадо будет превосходить сразу понескольким совершенно разным параметрам.
Давно ужеведутся поиски световых альтернатив транзистору. Свет хорош тем, чтофотоны невзаимодействуют друг сдругом нетсильных полей, нетперегрева ипрочих сложностей транзистора. Но есть унего исвой минус: взаимодействие сигналов существенная деталь работы любого электрического контура. Свет всеравно придется превращать вэлектричество, аэто целый комплекс новых проблем. Впрочем, обоптических вариантах транзисторов разговор ещевпереди.
Итак, ситуацию трудно назвать оптимистичной: виден конец эпохи полупроводниковых транзисторов инетимдостойной замены. Однако внауке часто бывает так, чтотупиковые ситуации приводят креволюционным изменениям итриумфальным находкам. Не забывайте, чтотранзисторы убыстряются и уменьшаются, вконечном счете, длятого, чтобы наши дети носили вкармане школьного ранца электронную копию всех книг Ленинской библиотеки имогли спомощью карманного калькулятора запросто обыграть Гарри Каспарова.
Игра стоит свеч!
Завтра: свет вместо электронов
С техпор, какбыли изобретены первые транзисторы, этиустройства сильно продвинулись всвоем развитии. Но аппетиты компьютерщиков ненасытны имнадо всебыстрее ибыстрее, всебольше ибольше операций всекунду. Электроны, помнению современных проектировщиков, слишком медленно бегут попроводам, икомпьютерщики запомощью обращаются ксвету.
Будущее поколение компьютеров может стать гибридным: кремниевые чипы станут соединяться припомощи лазерных пучков света. На смену металлическим проводам придут линзы, призмы изеркала. Отсюда иназвание: оптика свободного пространства. Современные компьютеры передают миллионы б