Гомо Сапиенс. Человек разумный

Вот так элементарная физика словно ставит преграды создателям суперчипов. Беда в том, что выделяющееся тепло, вызывая перегрев элементов схемы, создает так называемые токи утечки. Возникают паразитные, незапланированные, вредные перекрестные связи между компонентами микросхемы. Схема перестает работать как надо.

И это еще что! Когда плотность тока в пленочных проводниках нарастает, достигая миллиона ампер на квадратный сантиметр поверхности ИС, поднимается тепловая буря. Она несет с собой настоящий «электронный ветер». Электроны начинают «сдувать» атомы с их мест в кристаллической решетке. И микроэлементы выходят из строя.

По всем этим причинам и полагают, что предельный уровень транзисторов в одной микросхеме вряд ли превысит миллиардный рубеж, а размер одного транзистора не может быть снижен до долей микрона (до 10-5 сантиметров). Оно и понятно, скажем, резистор из поликристаллического кремния не может быть меньше микрона уже в силу того, что токи в нем перестанут подчиняться закону Ома.

Конечно, ученые и технологи делают попытки ослабить физические ограничения. Чтобы уменьшить выделяющееся в микросхемах тепло, исследователи переходят от полупроводников к сверхпроводникам, металлам, работающим при очень низких температурах. Погруженная в жидкий гелий (температура – 2040 по шкале Цельсия) сверхпроводящая сетка почти не потребляет мощности. И тут открываются новые горизонты для микроэлектроники.

И все же транзисторный путь микроэлектроники где-то должен себя исчерпать. Похоже, что изготовление более компактных ИС вскоре начнет становиться все дороже. И тогда овчинка не будет стоить выделки!

12.7. Словно бабушкин пирог

Если говорить образно, то сложившуюся в микроэлектронике ситуацию можно изобразить так. Представьте, вы вышли прогуляться в ветреную погоду. Свежо, приятно дышится! Ветер крепчает, что ж, тем приятнее одолевать его сопротивление… Но вот уже поднимается настоящий вихрь, он валит вас с ног, вы задыхаетесь… Тут уж волей-неволей приходится поворачивать, возвращаться домой…

«Вихри» электроники. Вряд ли стоит упорствовать, если обстоятельства сильнее вас. И технологи – изготовители ИС – ищут обходные пути. В проводниках выделяется вредное тепло. А нельзя ли вовсе избавиться от проводящих дорожек? В микромире ведь понятие траектории, как известно, отсутствует, тут частицы – тот же электрон – могут двигаться в том или ином направлении лишь с определенной вероятностью. Таковы уж необычные законы квантовой механики.

Компьютер, действующий на вероятностных принципах? Возможно, он будет создан. Хотя ситуация с точки зрения здравого смысла парадоксальная. Каково было бы водителю, если бы перед мостом он увидел плакат: «Внимание! Мост работает с вероятностью 0,5…» Тут точно можешь быть уверенным лишь в том, что при массовом движении машин в среднем каждый второй грузовик по мосту проедет. Так, что шансы есть, но…

Еще одна оригинальная мысль: заменить в схемах электроны фотонами, квантами света. Заменить электронные сигналы световыми лучами. Вместо электронных ВМ (ЭВМ) построить фотонные ВМ (назовем их ФВМ).

Смысл такой замены? Самый быстродействующий современный транзистор не может изменить своего состояния (включен или выключен, да или нет, 1 или 0 – на языке двоичной системы счисления) менее чем за одну наносекунду (миллиардную долю секунды). А время переключения оптического устройства, аналогичного транзистору (ему уже дали имя, назвали «трансфазором»), составляет всего одну пикосекунду (тысячную часть миллиардной доли секунды). А это значит, что логические схемы из оптических элементов смогут выполнять до триллиона (1000 миллиардов или 1012) операций в секунду, в то время как максимальная скорость электронных переключателей не превышает миллиарда. Можно представить, насколько сообразительнее будет ФВМ в сравнении с ЭВМ-тугодумами!

Сейчас техника только начинает робко произносить новые незнакомые фотонные слова. Сделаны лишь первые попытки заменить микроэлектронику наноэлектроникой. И все же специалисты надеются, что первые образцы ФВМ появятся уже в ближайшие десятилетия.

Другое революционное решение компьютерных проблем – растущие кристаллы.

Жизнь кристалла – а он составляет основу ИС – удивительна. Кристаллы часто сравнивают с живыми существами. И немудрено: ведь они возникают из зародышей, питаются, растут, изменяют свою форму, болеют, отдыхают (металлы), поедают друг друга и так далее. Научиться управлять событиями жизни кристалла – значит научиться выращивать готовые ИС, и уже не плоские, а объемные! В них добиться соединения элементов будет значительно проще.

Однородный кристалл похож на дом с абсолютно одинаковыми квартирами. При сдвиге на одну или несколько его атомных ячеек ничего нового не происходит. Создателям же ЭВМ нужен кристалл-дом с индивидуальной подгонкой каждой квартиры. Они хотели бы иметь «компьютер в кристалле», дом, где каждая квартира-ячейка предназначалась бы для выполнения строго определенной операции.