• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Современные средства нанотехнологий

Современные средства нанотехнологий
Принцип работы различных электронно-вычислительных машин, в том числе и персональных компьютеров, производимых на протяжении примерно пяти последних десятилетий, основан на том, что все операции с информацией сводятся к элементарным логическим действиям над битами, каждый из которых может принимать одно из двух значений - условно их можно назвать «0» и «1» или «да» и «нет». Хранение информации в памяти, ее передача процессору и сама работа процессора прямо или косвенно связаны с упорядоченным движением электронов, т.е. электрическим током. На начальном этапе развития электронной техники информация передавалась по обычным проводам и преобразовывалась с помощью логических устройств - вакуумных ламп. Со временем компоненты передачи и преобразования информации стремительно уменьшались в размерах: появились транзисторы, интегральные схемы, большие и сверхбольшие интегральные схемы.

Первая электронно-вычислительная машина ENIAC демонстрировалась в 1946 г. Она весила около 30 т, состояла из 18 тыс. вакуумных ламп и производила 5 тыс. операций в секунду. Первый серийный компьютер IBM-701 компания IBM выпустила только в 1953 г. и за следующие три года продала 19 таких компьютеров. В дальнейшем компьютеры постоянно совершенствовались. Объем их производства с каждым годом растет. Так, в 2001 г. произведено примерно 128 млн только одних персональных компьютеров. Современные компьютеры гораздо мощнее первой ЭВМ ENIAC, хотя все они основаны на одном и том же принципе.

Коренной перелом в разработке элементной базы компьютеров произошел в 1971 г., когда фирма Intel выпустила первый микропроцессор - Intel-4001, помещавшийся на ладони 3-летнего ребенка. Он содержал 2300 транзисторов. Современный процессор Pentium-4, с помощью которого создается виртуальная среда и решаются многие сложные задачи, состоит из 42 млн транзисторов.

Приведенные цифры подтверждают справедливость сформулированного Гордоном Муром (одним из основателей фирмы Intel и разработчиков микропроцессора Intel-4004) закономерности развития элементной базы. По мере роста числа транзисторов увеличивается и производительность компьютера. Стало быть - впереди новые горизонты. Конечно, новые горизонты неизбежны. Однако, приближаясь к ним, предстоит решить многие технологические проблемы, связанные прежде всего с разработкой элементной базы компьютеров новых поколений.

Сейчас компьютеры предсказывают погоду, прогнозируют курсы валют, котировки акций, помогают раскрывать тайны зарождения Вселенной. Казалось бы, куда же дальше? Однако есть более масштабные задачи: моделирование столкновения галактик, имитация работы человеческого мозга и т.п. Они и составляют поле деятельности более производительных компьютерных систем.

Уже сейчас дорожки, по которым внутри процессора передается электрический сигнал, имеют ширину, составляющую сотни атомов. Сравнительно недавно в исследовательском центре Hawlett- Packard удалось получить дорожки шириной всего десять атомов (рис. 2.1). Они представляют собой тончайшие полосы редкоземельных металлов (лантаноидов), осажденных на кремниевую подложку. Такие полосы можно назвать нанопроводниками. По ним можно пропускать электрический ток.


Дальнейшее сужение электропроводящих дорожек имеет предел - очевидно, из одного атома проводник не сделаешь. Поэтому, как прогнозируют специалисты, закономерность Мура будет подтверждаться на практике в течение ближайших 10-15 лет. В связи с этим возникает вопрос: какие же технологические процессы смогут обеспечить дальнейшее увеличение вычислительных мощностей? Прежде чем ответить на этот вопрос, рассмотрим основные тенденции развития технологий интегральных схем, составляющих основу элементной базы компьютеров.

Вычислительные машины на базе электронных ламп

Новая модификация вычислительных машин на базе электронных ламп работала в тысячу раз быстрее. В основу разработки следующей...

читать далее

Создание модификаций транзистора

Совершенствование различных полупроводниковых приборов способствовало развитию микроэлектронных технологий...

читать далее

Схемы одноэлектронной памяти

Одну из идей создания прибора и его схемотехнического решения на базе нанотехнологий выдвинули российские ученые...

читать далее