Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2006 №12

Безусловно, самое важное в этой сфере произошло в последние 30–40 лет. Достаточно сказать, что современный настольный компьютер с процессором «Пентиум-4» с тактовой частотой в 4 Мгц имеет бóльшую вычислительную мощность, чем все 48 тыс. ЭВМ (1,9 млрд. оп./сек) США в 1968 г. Главным локомотивом прогресса в электронике служило повышение плотности размещения компонентов на микросхеме (по закону Мура, удвоение плотности шло каждые 2 года). Благодаря постоянному повышению разрешающей способности фотолитографических установок ширина линий при формировании микросхем уменьшилась с 20 мкм (20.000 нм) в начале 60-х до 65 нм к концу 2005 г., то есть в 300 раз (при росте плотности в 90 тыс. раз). В 2005 г. создан процессор Itanium 2, содержащий 1 млрд. транзисторов.

В последние годы появились признаки замедления прогресса и в этой области. Несколько лет назад ведущая фирма «Интел» — лидер в производстве процессоров, объявила об отказе от дальнейшего роста тактовой частоты процессоров. Но самое главное — фотолитография вплотную подошла к своим физическим пределам. В ближайшие годы будет освоена экстремальная ультрафиолетовая литография (процесс EUV) с предельной волной излучения -13 нм — в 2007 г. планируют ширину линий в микросхемах довести до 45 нм, а в 2009 г. — до 32 нм. Некоторые ученые надеются дойти до 22 нм (это ширина 40 атомов кремния); дальнейшее сокращение уже запрещают физические законы оптики. Многолетние попытки заменить фотолитографию электронно-лучевой, ионно-лучевой, рентгеновской литографией оказались безуспешными. Сегодня пытаются найти выход за счет создания наноманипуляторов и квантовых компьютеров для достижения атомных размеров компонентов. Но работающих образцов этой техники пока никто не видел.

Миниатюризация микросхем — это средство удешевления продукта, для этого новые технологии формирования — микросхем должны быть производительнее прежних. Современная фотолитографическая установка на кремниевой подложке диаметром 300 мм за 30 сек. формирует одновременно структуры 100 млрд. транзисторов. Такой производительности у альтернативных технологий нет даже в теории. А это значит, что скорее всего нас ждет через 3–5 лет остановка дальнейшей миниатюризации на неопределенное время. Если даже предположить невероятное, что будут найдены какие-то новые решения и закон Мура — удвоение плотности электронных компонентов — продолжится с прежней скоростью и далее, то тогда к 2033 г. размеры деталей микросхем уменьшатся до одного атома, и предел прогресса все равно неизбежно наступит.

В других областях электроники также «близки горизонты». В 2005 г. освоен последний резерв роста емкости магнитной памяти — поперечная запись, что позволит повысить емкость жестких магнитных дисков еще в 2 раза (примерно до 1 Тбайта для стандартного дисковода), а в 2006 г. должны появиться в продаже голографические диски, емкость которых в перспективе должна достигать 1–1,6 Тбайт.

Начался «штурм» последнего бастиона аналоговой электроники — телевизоров. В течение 5 лет их вытеснят из производства плазменные и жидкокристаллические телевизоры. Похоже, большинство бытовых радиоэлектронных устройств скоро заменят всего два — ноутбуки и мобильники с функциями камеры, аудиоплеера, широкополостной связи и т. д.

Микробиология

В отличие от электроники эта быстро развивающаяся отрасль находится в начале пути. От нее ждут огромных практических результатов, прежде всего, для сельского хозяйства и здравоохранения.

В 2000 г. расшифрован геном человека, а затем почти всех основных болезнетворных микроорганизмов и еще десятка высших организмов (пчелы, курицы, мыши, крысы, собаки, шимпанзе, тополя, кофе, риса). Обещают сделать эту процедуру настолько рутинной, что можно будет расшифровать Любой геном за несколько дней (и несколько тысяч долларов).

Практически полезные манипуляции с геномом и другие биотехнологические манипуляции пока идут трудно и вызывают неоднозначную реакцию в обществе. Растет число противников использования генетически модифицированных продуктов (ГМ), экономический эффект от их использования пока скромен. С начала применения в 1995 г. посевы ГМ-культур (соя, кукуруза, хлопок, картофель и др.) в мире достигли 81 млн. га (в том числе в США — 48 млн. га). Основной эффект — рост продуктивности в среднем на 10 % и 30 %-ное сокращение расхода пестицидов. В 2003 г. это принесло американским фермерам дополнительный доход в 1,9 млрд. дол., или 400 дол. на 1 га. Результат важный, но отнюдь не революционный. Методами обычной селекции при меньших затратах иногда добивались больших успехов. Например, Луи Вильморен в 40-е годы XIX в. селекцией повысил содержание сахара в сахарной свекле с 10 % до 16 %, датские фермеры за 40 лет повысили удойность коров в 2,3 раза (с 3,6 т в 1963 г. до 8,1 т в 2002 г.)¹³.