«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 07 (14)

Лично я нахожу упоминание кремний-германиевых элементов наиболее интересным и многообещающим аспектом этого плана, учитывая как они подходят для использования многозначной логики. Помимо улучшения рабочих характеристик, чему в плане уделено наибольшее внимание, наибольшее значение может иметь тот факт, что подобно элементам, основанным на сочетаниях GaAs, GaAsP, InP и других экзотических комбинациях, полупроводниковые приборы, построенные на сочетании SiGe являются гетеропереходными, т. е. органически способными к образованию множества пороговых уровней.

Теоретически, SiGe-элементы могут быть использованы для создания устройств, работающих вне простой бинарной логики — 0/1, включить-выключить. Такие элементы способны создавать несколько легко различимых уровней сигнала. Это может быть использовано для аппаратной реализации 3-мерных, 4-мерных и даже большеразмерных логических функций, что эффективно увеличит информационную плотность устройств без дальнейшего уплотнения транзисторной структуры. Эти перспективы весьма достойны пристального внимания, поскольку на пути уплотнения транзисторной структуры мы сейчас приближаемся к нанометровому диапазону, где уже сталкиваемся с проблемой значительного удорожания технологического оборудования и, что даже более существенно, с квантовыми неопределенностями.

Давно, еще когда промышленность приближалась к геометрии чипов “два на четыре микрона”, большинство ведущих полупроводниковых компаний уже начали исследования в области электрических схем для троичной и четверичной логики, потому что уже тогда они предчувствовали, что требуемый прогресс технологического оборудования для обеспечения все больших и больших плотностей элементов будет слишком дорог.

Те, кто изготавливал, господствовавшие в те времена 16-разрядные микроконтроллеры и микропроцессоры начинали особенно интересоваться многозначной логикой после несложных вычислений в столбик на уголке салфетки. Так например, согласно моим расчетам, 16-разрядная микро-ЭВМ со встроенным запоминающим устройством имеет доступ к не больше, чем 216 битам непосредственно доступной памяти (приблизительно 65 Кбит), в то время как тот тот же самый микрокомпьютер с запоминающим устройством, основанным на троичной логической схеме имел бы прямой доступ к 316 битам или 43 Мбит памяти.

Но были на этом пути и свои подводные камни. Поскольку использовались гомогенные структуры, то производители вынуждены были придумывать множество уловок, чтобы выразить многомерные логические функции через всего лишь бинарные структуры. Тем не менее, какие-то решения были найдены и все ведущие производители — Intel, Fairchild, National Semiconductor, Signetics (теперь Philips), Motorola выпустили на рынок изделия, имеющие внутри себя троичные и четверичные логические схемы.

Приблизительно в то же самое время промышленность, чтобы еще более увеличить тактовые частоты, искала более быстродействующие альтернативы для кремниевых микротранзисторов. При рассмотрении различных комбинаций арсенида галлия и других компонентов, было найдено, что их быстродействие обеспечивается как раз их гетеропереходной природой. Именно тогда и начались самые ранние попытки создать кремниево-совместимые гетеропереходные структуры, которые могли бы обеспечивать требуемые перспективные рабочие характеристики.

Кремниево-германиевый чип производства IBM

Тогда же исследователи из IBM, Motorola, TI и некоторых университетов заметили, что полупроводниковые приборы на гетеропереходах, как на основе кремния, так и прочие, имели другую интересную особенность — все они непременно были мультипороговыми, т. е. способным отличать и генерировать несколько уровней сигнала. И эта способность разрешала некоторые проблемы, возникшие при предшествовавших ранее попытках использования бинарных структур для реализации многомерной логики.

Ранее, чтобы обойти неспособность бинарных кремниевых структур надежно генерировать и детектировать различные уровни сигнала, необходимо было использовать специальные дополнительные логические структуры, которые могли бы воплотить многозначную логику. Но и их разработка была проблематична, потому что возможности технологии в то время были таковы, что хорошо и надежно различались только два логических уровня, и требовалось много усилий для надежного различения трех или четырех уровней.

Теперь же, мало того, что имеются микротранзисторные структуры на основе SiGe, которые органично являются дружественными для многозадачной логической схемы, но и существующие технологии вполне позволяют генерировать и надежно различать множественные уровни значений напряжения и тока.