Наполовину мертвый кот

Если большую часть своей истории человечество имело дело преимущественно с отдельными артефактами — созданными им вещами: глиняными тарелками, мечами из прочной стали, пишущей машинкой, то уже начиная с эпохи промышленной революции человечество создало системы. Среди первых — механический телеграф, описанный А. Дюма в романе «Граф Монте-Кристо». Затем телефон, телеграф — то, что брали большевики в 1917 г. Теперь в нашей жизни таких систем множество, и они усложняются. Одним из факторов такого усложнения служит миниатюризация элементной базы. Очевидно, что электроника прочно вошла в нашу жизнь и стремительными темпами занимает все большее «пространство»: Интернет, системы глобальной связи, системы глобального позиционирования — это то, что на виду, а также системы управления ядерными реакторами, энергосетями и многое другое. Сбои, случающиеся в работе таких систем, часто имеют тяжелейшие последствия. Достаточно вспомнить имеющие место веерные отключения электроэнергии в мегаполисах и промышленных агломерациях, последствия которых интуитивно понятны.

А если учесть, что таких систем, как энергетическая, в нашей жизни множество (попробуйте, например, представить, что отключится мобильная связь: вся и на длительное время или перестанет работать метро в Москве), то следует признать: риск, связанный со сбоями в работе сложных систем, — один из самых тяжелых.

Почему такой риск имеет место? Неужели мы не в состоянии так создать систему, чтобы предусмотреть и исключить все риски? Нет, не в состоянии. Сложность систем продолжает расти. И растет она стремительно. Мы просто не успеваем все предусмотреть. А часто просто не можем — системы слишком сложны: мы можем предусмотреть, что случится, если произойдет событие 1 (пойдет дождь), или событие 2 (подует сильный ветер), или событие 3 (температура упадет ниже 10 градусов), или событие 3287. Но как быть с их комбинациями: попарными, по трое (так, одновременные дождь, ветер и отрицательная температура приводят к обледенению проводов электропередач и авариям на линиях электропередач), в любых других комбинациях? Это предусмотреть просто невозможно!

Рост сложности систем связан с ростом наших возможностей такие системы создавать. А последнее напрямую связано с миниатюризацией в электронике, миниатюризацией и появлением новых датчиков и управляющих устройств, делающих возможными контроль систем и управление ими.

Миниатюризацию в электронике наглядно можно продемонстрировать так: там, где раньше для системы управления был необходим суперкомпьютер, охлаждаемый жидким азотом, подобный использовавшемуся с 1985 г. в противоракетной обороне города Москвы суперкомпьютеру «Эльбрус-2», сегодня достаточно простенького чипа.

Темпы роста наших возможностей демонстрирует эмпирическая тенденция, названная законом Мура. В уже далеком 1965 г. Мур^[114] высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 18 месяцев, а следовательно, теми же темпами будет расти производительность наших электронных устройств. И его предположение подтвердилось. Вот это обстоятельство и лежит в основе того, что мы имеем возможность усложнять наши системы.

Но дальнейшее следование закону Мура без ухода в нанообласть уже невозможно. Уже сейчас характерные размеры топологии микросхемы — 70–90 нм и менее. Традиционные, так называемые КМОП-микросхемы[115] способны дойти до размеров в 9–10 нм отдельного элемента.

Одновременно с этим развиваются нанотехнологии совсем нетрадиционной электроники. И здесь принципиальны два пути такого развития, имеющие общее следствие — снятие топологического ограничения на сложность.

Все мы помним, что у транзистора три «ножки». Поэтому создать в одной плоскости схему так, чтобы провода, соединяющие транзисторы схемы, не пересеклись, — невозможно. Поэтому чип делают в несколько слоев, слой за слоем, чтобы «распутать» провода. Но точно разместить слои друг над другом сложно. Ну, сделали вы нанометровый транзистор. Но если при этом не позиционировали положение слоев с точностью 1–2 нм, работать он не будет. А таких слоев не два — несколько. Но вот нанотехнологии преподнесли нам сюрприз — такой элемент, как мемристор[116], способен заменить транзистор. А «ножек» у него две. И следовательно, «ножки» будут «пересекаться» значительно реже. И можно обойтись двумя слоями для самой сложной схемы.

Но даже в этом случае наша электронная схема «плоская». А вот второй путь развития нетрадиционной электроники на основе нанотехнологий принципиально «не плоский». Показано, что транзистор, точнее, множество транзисторов, можно сделать на поверхности нанотрубки. При этом сами нанотрубки, как ожидается, смогут образовывать структуру, похожую на нейронную сеть. Вот и получится, что ножки транзисторов не пересекаются, как не пересекаются автомобильные дороги, если из плоскости уйти в три измерения (вспомните автомобильные развязки). Можно будет создавать принципиально более сложные электронные схемы, которые на сегодня невозможны по топологическим причинам.