Журнал "Компьютерра" №728

Для многих электронных устройств очень важна высокая точность и стабильность рабочей частоты. Обычно для получения опорной частоты используют чип с резонатором, который представляет собой маленькую пластинку из кварца или другого пьезоэлектрического материала, помещенную между обкладками конденсатора. Геометрия пластинки определяет частоту ее механических колебаний, а связь с остальной электронной схемой возникает благодаря образованию зарядов на обкладках при деформациях пьезоэлектрика. Стабильность частоты и добротность таких резонаторов хоть и снижается на высоких частотах, все же на несколько порядков выше, чем у других электронных колебательных контуров.

Новый резонатор представляет собой кремниевый брусок 8,5х40х2,5 мкм, разбитый на части парой диэлектрических слоев из нитрида кремния толщиной всего 15 нм. Механические колебания в нем возбуждаются за счет электростатических сил, вызванных переменным напряжением на электродах. Колебания порождают в бруске стоячие ультразвуковые волны, похожие на звуковые колебания во флейте или органной трубе. Такие высокие частоты ученым удалось получить благодаря использованию твердого диэлектрика вместо обычного воздушного зазора, а снижения неизбежно возникающих при этом потерь удалось добиться за счет оптимального расположения слоев диэлектрика. Кроме того, в качестве резонансной используется девятая гармоника продольных колебаний бруска.

Добротность нового резонатора, характеризующая величину потерь и остроту резонансного пика, достигает десяти тысяч, что на этих частотах сравнимо с добротностью лучших кварцевых резонаторов. Корнелльцы считают, что частоту их резонаторов можно увеличить до десяти гигагерц, лишь слегка модернизировав существующую технологию изготовления. ГА

Луч света в темном царстве

Специалисты корпорации IBM еще на шаг приблизились к созданию микрочипов, в которых традиционные медные проводники уступят место оптическим линиям связи. Ученые создали нанофотонный переключатель, способный обрабатывать до одного терабита данных в секунду.

IBM, как и вся отрасль, пытается найти способы увеличения количества ядер на кристалле. Современные технологии внутричиповых соединений висят веригами на ногах разработчиков. Дело в том, что при увеличении числа ядер резко возрастает тепловыделение, что приводит к перегреву чипа, да и обычные электрические проводники перестают справляться с возрастающей нагрузкой. Когда речь идет о двух-четырех ядрах, недостатки еще не столь заметны, но с переходом на процессоры с десятками ядер медные проводники станут "бутылочным горлышком", не позволяющим задействовать все возможности чипов.

Решение проблемы ученые видят в использовании оптических систем передачи данных. В упрощенном виде такая система будет состоять из модулятора, отвечающего за преобразование электрических импульсов в световые, линий связи и декодирующего устройства, необходимого для формирования электрических сигналов на основе световых импульсов. Все три компонента, в принципе, уже существуют.

Однако в многоядерной системе с оптическими внутричиповыми соединениями необходим и еще один компонент - крошечный "коммутатор", который будет регулировать движение потоков данных между ядрами. Именно такой переключатель и создан в IBM. В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, подчеркивается, что нанофотонный переключатель соответствует ряду критических требований. Во-первых, он компактен - на два порядка меньше сечения волоса, а во-вторых, способен обрабатывать данные со скоростью до 40 Гбит/с. При использовании же световых волн с различными длинами этот показатель и вовсе может достичь 1 Тбит/с! И наконец, в-третьих, нанофотонный коммутатор доказал свою работоспособность в реальных условиях.

По сравнению с медными оптические внутричиповые линии связи теоретически позволят добиться стократного увеличения пропускной способности при десятикратном снижении потребляемой энергии. И хотя все ключевые элементы таких систем, в общем-то, уже разработаны, увидеть массовые процессоры с оптическими коммутирующими линиями можно будет в лучшем случае в следующем десятилетии. ВГ

Нано не бьется

Удивительные результаты получили ученые из Национального института стандартов (США) и Мэрилендского университета, исследовавшие механические свойства наночастиц с помощью атомно-силового микроскопа и компьютерного моделирования. Оказывается, на наномасштабах даже хрупкие материалы вроде кварца могут стать пластичными, как золото.

На привычных масштабах предел разрушения материала зависит от его способности сохранять свою форму под нагрузкой. Атомы пластичных веществ перемещаются на большие расстояния, сохраняя связи между собой, тогда как в хрупких материалах быстро возникают дефекты, из которых под нагрузкой развиваются трещины.