НИТУ
“МИСиС” и университет “Нотр Дам” работают над новым поколением девайсов и
суперкомпьютеров на основе молекулярной электроники
НИТУ “МИСиС” и университет “Нотр Дам”
(штат Индиана, США) начинают работу по созданию сверхмаленьких электронных
компонентов для компьютеров и девайсов нового поколения, на 1-2 порядка более
компактных по сравнению с существующими аналогами. Это, в частности, позволит не
только уменьшить размер машин, но и повысить их эффективность, снизив
расходуемую энергию за счёт ухода от режима “пьяного матроса”
Одноэлектроника
“Все
современные компьютеры работают в т.н. режиме “пьяного матроса”. Дело в том,
что при любой операции с битами, будь то сохранение или их удаление, у вас происходит
существенный перерасход энергии: потребляется как минимум вдвое больше
мощности, чем это необходимо. Обратите внимание: с 2003 г. тактовые частоты
всех компьютеров фактически перестали расти. Это связано с тем, что мы не можем
отвести достаточное количество тепла от наших компьютеров с помощью
вентиляторов, наш чип, попросту говоря, будет расплавляться при дальнейших
серьёзных шагах по увеличению мощности. А ведь эта расплескиваемая энергия
могла бы идти на рост производительности! Какого может быть решение вопроса? Выходом
здесь призвана стать наноэлектроника с её передним краем одноэлектроникой. Например,
размер транзисторов в планшетах “Ipad” сегодня
составляет примерно 20 нанометров. Мы стремимся к размерам транзисторов в 1
нанометр, которые практически не будут рассеивать энергию. Но не всё так просто”, - рассказывает
Алексей Орлов, приглашённый профессор кафедры “Электрическая инженерия” университета
Нотр Дам
По
словам учёного, сегодня встаёт вопрос ограничений, накладываемых существующими
технологиями: “Кремний является тем материалом, который
как никакой другой радикально изменил современный нам мир. Полупроводниковые
кремниевые технологии легли в основу развития IT-индустрии и средств связи, фактически создав
информационное общество, общество, которое характеризуется небывалыми
достижениями человечества в интеллектуальной сфере. Однако век этого материала
в области компьютерных технологий подходит к концу. Дело в том, что все новые
решения хороши, когда следующее поколении более дешево и эффективно по
сравнению с предыдущим. А сейчас складывается ситуация, при которой следующий
шаг в производстве чипов может быть чуть ли не последним, потому как
затрачиваемые ресурсы и получаемый эффект будут несопоставимы. Нам нужны новые
материалы, и одним из способов ухода от кремния может стать использование
железных наномагнитов. На этих материалах, размером, например, 50 нанометров,
уже сегодня собираются целые устройства и схемы, и, на мой взгляд, именно за
данным решением стоит будущее компьютерных технологий”
Одновременно с уменьшение электронной компонентной базы
произойдёт и снижение потребляемой мощности. “Уже сегодня новейший чип “Intel Core i7” размером квадратный сантиметр с 10 млрд.
транзисторами на нём(чип применяется в современных ноутбуках) потребляет
порядка 180 Ватт мощности, что сравнимо с уровнем тока в троллейбусе! Он
рассеивает тепло, как если бы одновременно зажечь 7 сигарет. И половина этой
энергии попросту “расплёскивается”. Именно поэтому нам необходим переход к
новым материалам, которые позволили бы канализировать энергию впрок,
одновременно уменьшив размеры девайсов. Ещё один пример: для того, чтобы
построить суперкомпьютер следующего поколения, нам придётся соорудить около
него ядерный реактор, потому как потребляемая энергия будет больше гигаватта”,
- отмечает Алексей Орлов
По словам профессора, в совместном проекте с МИСиС учёных
из США интересует прежде всего области физической химии и анализа поверхности,
где у московского университета исторически есть серьёзные компетенции. “Одна из проблем, которую нам предстоит
решить для создания сверхмаленьких и энергоэффективных устройств, это их правильное
“строительство” на уровне атомов, речь идёт о т.н. атомном нанесении слоёв. Нам
интересно понимать, как взаимодействуют те или иные материалы на наноуровне при
их совмещении, как ведут себя их электроны. Дело в том, что спускаясь на уровни
взаимодействия электронов из разных слоёв, может получиться так, что электроны
взаимодействовать друг с другом не хотят, материалы попросту не прилипают друг
к другу. Вы хотите нарастить плёнку изолятора, а она не хочет расти! Как раз в
этом вопросе помощь МИСиС будет очень кстати”, - резюмирует Алексей Орлов
Наноэлектроника
- область электроники, занимающаяся разработкой физических и технологических
основ создания интегральных электронных схем с характерными топологическими
размерами элементов менее микрона (1000 нанометров). 100 микрон это в 10 раз меньше
1 миллиметра. Размер молекулы может составлять нанометр.
Одноэлектроника
это область электроники, занимающаяся разработкой устройств, в которых
контролируется движение даже не группы, а отдельных электронов. Например, в
одноэлектронных устройствах памяти один электрон эквивалентен одному биту
информации. Одноэлектронные транзисторы особенно эффективны в интегральной
наноэлектронике, поскрольку позволяют осуществить связь (интерфейс)
макроскопического мира с миром наноэлектронных и молекулярных процессов и
устройств.
Транзистор
— радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя
выводами, позволяющий входным сигналом управлять током в электрической цепи.
Обычно используется для усиления, генерации и преобразования электрических
сигналов. В общем случае транзистором называют любое устройство, которое
имитирует главное свойство транзистора - изменения сигнала между двумя
различными состояниями при изменении сигнала на управляющем электроде
E-mail: press1@misis.ru
http://www.misis.ru
