Организация ЭВМ и систем

Тема: Тенденции развития средств вычислительной техники

• Направления развития МП

• Перспективные технологии будущего• Фотоника • Нанотехнологии

Тенденции развития Тенденции развития микропроцессоровмикропроцессоров

Год Год производствапроизводства

20052005 20062006 20072007 20102010 20132013 20162016

DRAMDRAM, нм, нм 8080 7070 6565 45 45 (30)(30)

3232 3232

МП, нмМП, нм 8080 7070 6565 4545 3232

(22)(22)

2222

UUпитпит, В, В 0,90,9 0,90,9 0,70,7 0,60,6 0,50,5 0,40,4

Р, ВтР, Вт 170170 180180 190190 218218 251251 288288

По прогнозам аналитиков к 2012 году число транзисторов в По прогнозам аналитиков к 2012 году число транзисторов в микропроцессоре достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастет микропроцессоре достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастет до 10 ГГц, а производительность достигнет 100 млрд.оп./с.до 10 ГГц, а производительность достигнет 100 млрд.оп./с.

                                             

В 2014 году Интел грозится выпустить 14 нм процессор, в 2016 – 10 нм (расстояние между атомами в кремнии порядка 0.5 нм). Это сильное опережение предыдущих планов.

Так что маленькие нанометры не сказали еще своего заднего слова в этой истории. 22нм с 3D транзисторами тут не то что точка эволюции, это даже не запятая.

Направления развития МПНаправления развития МП

1.1. Повышение тактовой частоты.Повышение тактовой частоты. Главное препятствие – внутрисхемные соединения.Главное препятствие – внутрисхемные соединения. Для преодоления этого препятствия используют:Для преодоления этого препятствия используют:

• новые материалы с меньшим сопротивлением;новые материалы с меньшим сопротивлением;• медную технологию (уменьшается общее медную технологию (уменьшается общее

сопротивление, следовательно увеличивается сопротивление, следовательно увеличивается скорость работы на 15-20%);скорость работы на 15-20%);

• технологию «кремний на изоляторе» (увеличение технологию «кремний на изоляторе» (увеличение быстродействия на 20-30%);быстродействия на 20-30%);

• разработки новых методов многослойной разработки новых методов многослойной металлизации;металлизации;

• снижение проектных норм (0,07 мкм). снижение проектных норм (0,07 мкм). Проектная норма Проектная норма 0,05 – 0,1 мкм – это нижний 0,05 – 0,1 мкм – это нижний

предел твердотельной микроэлектроникипредел твердотельной микроэлектроники, , основанной на классических принципах синтеза основанной на классических принципах синтеза схем.схем.

2.2.Увеличение объема и пропускной способности Увеличение объема и пропускной способности подсистемы памяти.подсистемы памяти.

•Многоуровневая кэш-память (отдельные кэш Многоуровневая кэш-память (отдельные кэш II-го -го уровня для данных и команд и большой внешний уровня для данных и команд и большой внешний кэш кэш IIII-го уровня).-го уровня).

•Увеличение размеров кэш-памяти.Увеличение размеров кэш-памяти.•Увеличение пропускной способности интерфейсов Увеличение пропускной способности интерфейсов

за счет использования двойной независимой шины:за счет использования двойной независимой шины:

1)1) между процессором и кэш-памятью;между процессором и кэш-памятью;

2)2) между процессором и основной памятью.между процессором и основной памятью.

3.3.Повышение степени внутреннего параллелизма.Повышение степени внутреннего параллелизма.

Увеличение количества параллельно работающих Увеличение количества параллельно работающих исполнительных устройств и улучшения их временных исполнительных устройств и улучшения их временных (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение (сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение длительности каждой ступени) и функциональных длительности каждой ступени) и функциональных (введение ММХ расширений системы команд и т.д.) (введение ММХ расширений системы команд и т.д.) характеристик.характеристик.

В «СИТРОНИКС Микроэлектроника» для В «СИТРОНИКС Микроэлектроника» для разработки и производства микросхем разработки и производства микросхем

используются следующие технологические используются следующие технологические процессы:процессы:

EEPROM, КМОПEEPROM, КМОП• • Проектная норма – 180 нмПроектная норма – 180 нм• • 4 - 6 металлов4 - 6 металлов• • Микросхемы с энергонезависимой памятью: Микросхемы с энергонезависимой памятью:

микроконтроллеры 8-16 бит, память 4Мб, чипы смарт-карт, микроконтроллеры 8-16 бит, память 4Мб, чипы смарт-карт, чипы радиочастотной идентификации чипы радиочастотной идентификации

КМОПКМОП• • Проектная норма – 90 нм (2012 год)Проектная норма – 90 нм (2012 год)• • 6 – 9 металлов6 – 9 металлов• • КМОП + встроенный флеш 90 нм (2012 год)КМОП + встроенный флеш 90 нм (2012 год)• • Логика, микроконтроллеры, системы-на-чипе Логика, микроконтроллеры, системы-на-чипе

Процессоры AMD Duron производятся на принадлежащем AMD Процессоры AMD Duron производятся на принадлежащем AMD заводе Fab 25 в г. Остин, штат Техас, США. Производство процессоров заводе Fab 25 в г. Остин, штат Техас, США. Производство процессоров идет идет по проектной норме 0,18 микронпо проектной норме 0,18 микрон с алюминиевыми проводниками. с алюминиевыми проводниками.

В Сети появились первые слайды с описанием В Сети появились первые слайды с описанием Haswell – Haswell –

процессорной архитектуры Intel последнего поколенияпроцессорной архитектуры Intel последнего поколения, которая придёт , которая придёт на смену Sandy Bridge и Ivy Bridge. В своём развитии корпорация Intel на смену Sandy Bridge и Ivy Bridge. В своём развитии корпорация Intel придерживается цикла «тик-так» , где стадия «тик», соответствующая придерживается цикла «тик-так» , где стадия «тик», соответствующая первому году, предполагает внедрение принципиально новой первому году, предполагает внедрение принципиально новой микроархитектуры для x86-совместимых процессоров, а стадия «так», микроархитектуры для x86-совместимых процессоров, а стадия «так», соответствующая второму году, подразумевает переход на новые, соответствующая второму году, подразумевает переход на новые, более тонкие, проектные нормы в рамках базовых принципов более тонкие, проектные нормы в рамках базовых принципов существующей архитектуры. Например, современные процессоры Intel существующей архитектуры. Например, современные процессоры Intel на ядре Sandy Bridge изготавливаются с применением 32-нм на ядре Sandy Bridge изготавливаются с применением 32-нм технологии. технологии. Поколение Ivy Bridge представляет собой миниатюризацию Поколение Ivy Bridge представляет собой миниатюризацию технологии Sandy Bridge до уровня 22-нм проектных нормтехнологии Sandy Bridge до уровня 22-нм проектных норм. Подобным . Подобным образом поколение образом поколение Haswell являет собой принципиально новую Haswell являет собой принципиально новую микроаорхитектуру на базе 22-нм техпроцесса, микроаорхитектуру на базе 22-нм техпроцесса, «позаимствованного» у семейства Ivy Bridge. «позаимствованного» у семейства Ivy Bridge.

Рынок 2011-2012 гг. в РоссииРынок 2011-2012 гг. в РоссииРуководитель зеленоградского завода «Микрон», одного из двух Руководитель зеленоградского завода «Микрон», одного из двух

основных российских предприятий по выпуску чипов (интегральных основных российских предприятий по выпуску чипов (интегральных микросхем, в т. ч., бескорпусных), отметил микросхем, в т. ч., бескорпусных), отметил ежегодный в течение ежегодный в течение последних двух лет (с 2009 г.) рост оборота предприятия примерно на последних двух лет (с 2009 г.) рост оборота предприятия примерно на 30%,30%, что в целом совпадает с общерыночными показателями по что в целом совпадает с общерыночными показателями по российской электронике за последние два года. российской электронике за последние два года. Завод «Микрон»Завод «Микрон» успешно освоил кремниевую технологию с нормами 180 нм и успешно освоил кремниевую технологию с нормами 180 нм и в начале в начале 2012 г. запускает 90-нм2012 г. запускает 90-нм производственную линию. производственную линию. ЗАО «Синтез ЗАО «Синтез Микроэлектроника»Микроэлектроника» в целом выросло за год на 25%, освоило в целом выросло за год на 25%, освоило техпроцессы 0,25 мкм «кремний на сапфире», 0,5 мкм на карбиде техпроцессы 0,25 мкм «кремний на сапфире», 0,5 мкм на карбиде кремния (СВЧ LDMOS), а в ближайших планах — создание опытных кремния (СВЧ LDMOS), а в ближайших планах — создание опытных изделий по этим техпроцессам и изделий по этим техпроцессам и изготовление 3D-сборокизготовление 3D-сборок, но уже на , но уже на зарубежных фабриках. ЗАО «Предприятие Остек», занимающееся зарубежных фабриках. ЗАО «Предприятие Остек», занимающееся созданием и модернизацией производств в сфере электроники и созданием и модернизацией производств в сфере электроники и микроэлектроники, отметило особо бурный рост — на 50-70% в год, микроэлектроники, отметило особо бурный рост — на 50-70% в год, причём стабильный в течение последних нескольких лет. причём стабильный в течение последних нескольких лет. Интерес Интерес обусловлен переходом на микросборки, гибридные сборки, СВЧ обусловлен переходом на микросборки, гибридные сборки, СВЧ ГИС, МЭМС и 3D-интеграцию.ГИС, МЭМС и 3D-интеграцию. В России уже более 100 компаний- В России уже более 100 компаний-производителей подобной продукции и потребность в них ширится.производителей подобной продукции и потребность в них ширится.

Отечественный производитель суперкомпьютеров компания «Т-Отечественный производитель суперкомпьютеров компания «Т-Платформы» в 2011 г. сумела выйти на европейский рынок и, кроме Платформы» в 2011 г. сумела выйти на европейский рынок и, кроме того, на базе своей новой дочерней компании «Байкал Электроникс» того, на базе своей новой дочерней компании «Байкал Электроникс» (фактически первого в России центра по разработке микросхем для (фактически первого в России центра по разработке микросхем для высокопроизводительных систем) совместно с ОАО «Роснано» создала высокопроизводительных систем) совместно с ОАО «Роснано» создала отечественный центр проектирования микроэлектронных отечественный центр проектирования микроэлектронных компонентов «Т-Нано».компонентов «Т-Нано». Это единственный инфраструктурный проект Это единственный инфраструктурный проект «Роснано» в области микроэлектроники, инвестиции в него составляют «Роснано» в области микроэлектроники, инвестиции в него составляют 2 млрд руб. Первые несколько проектов здесь рассчитаны под 2 млрд руб. Первые несколько проектов здесь рассчитаны под 28-нм 28-нм техпроцесстехпроцесс TSMC и осуществляются в международной компании TSMC и осуществляются в международной компании разработчиков.разработчиков.

Оценивая перспективы 2012 года многие сходились на значениях Оценивая перспективы 2012 года многие сходились на значениях прироста объемов производства в 10-20%, а то и более.прироста объемов производства в 10-20%, а то и более.

В проектировании суперкомпьютеровВ проектировании суперкомпьютеров чётко обозначились чётко обозначились тренды на тренды на снижение энергопотребления и тепловыделенияснижение энергопотребления и тепловыделения: есть : есть желание удержаться на мощности вычислительных центров в 50 МВт желание удержаться на мощности вычислительных центров в 50 МВт при сохранении текущей планки производительности. Многие компании при сохранении текущей планки производительности. Многие компании теперь стараются работать на базе теперь стараются работать на базе ARM-технологии ARM-технологии — это тоже тренд — это тоже тренд нового года. Представитель же Synopsуs подчеркнула, что о нового года. Представитель же Synopsуs подчеркнула, что о разработках чипов для проектных технологических норм 20 и 16 нм разработках чипов для проектных технологических норм 20 и 16 нм говорить пока очень рано: большинство до сих пор старается работать говорить пока очень рано: большинство до сих пор старается работать под технологии 40 и 28 нм.под технологии 40 и 28 нм.

Самые примечательные события 2011 Самые примечательные события 2011 года:года:

1.1.Продолжающаяся глобализация. Колоссальная концентрация Продолжающаяся глобализация. Колоссальная концентрация ресурсов производства интегральных микросхем находится в руках ресурсов производства интегральных микросхем находится в руках очень ограниченного ряда компаний. Скажем, очень ограниченного ряда компаний. Скажем, оборудование для оборудование для фотолитографиифотолитографии ещё пару лет назад производило 6 компаний в мире, в ещё пару лет назад производило 6 компаний в мире, в прошлом году их фактически осталось прошлом году их фактически осталось тритри: две в Японии (Canon и : две в Японии (Canon и Nikon) и ASML в Нидерландах, причем из-за японского землетрясения Nikon) и ASML в Нидерландах, причем из-за японского землетрясения 2011 г. полноценно работает сейчас только последняя, занимая более 2011 г. полноценно работает сейчас только последняя, занимая более 70% мирового рынка фотолитографического оборудования70% мирового рынка фотолитографического оборудования. И . И аналогичных процессов очень много. аналогичных процессов очень много.

2.2.Запуск производства первых коммерческих силовых ключей типа Запуск производства первых коммерческих силовых ключей типа MOSFET на карбиде кремния компанией CREE. MOSFET на карбиде кремния компанией CREE.

3.3.Покупка компанией Intel известного производителя программных Покупка компанией Intel известного производителя программных систем безопасности компании McAfee (сделка завершилась в 2011 г.). систем безопасности компании McAfee (сделка завершилась в 2011 г.). Все сходятся на том, что Все сходятся на том, что информационная безопасность государства информационная безопасность государства станет её глобальной безопасностьюстанет её глобальной безопасностью, поэтому компании всё активнее , поэтому компании всё активнее стремятся захватить рынок систем безопасности.стремятся захватить рынок систем безопасности.

Было особо подчёркнуто, что Было особо подчёркнуто, что трехзатворная FinFET-трехзатворная FinFET-технология, которую Intel собирается представить в технология, которую Intel собирается представить в этом году в рамках нового техпроцесса с нормами 22 этом году в рамках нового техпроцесса с нормами 22 нм, скорее всего, определит развитие всей нм, скорее всего, определит развитие всей микроэлектроники на ближайшие 5-10 лет с микроэлектроники на ближайшие 5-10 лет с перспективой снижения проектных норм до 7 нм.перспективой снижения проектных норм до 7 нм. Именно Именно эту технологию, скорее всего, будут использовать при грядущем эту технологию, скорее всего, будут использовать при грядущем переходе на пластины диаметром 450 мм (с нынешних 300-мм). переходе на пластины диаметром 450 мм (с нынешних 300-мм). Вторым важнейшим направлением в микроэлектроникеВторым важнейшим направлением в микроэлектронике

ближайшего будущего ближайшего будущего станут процессы и технологии 3D-станут процессы и технологии 3D-сборкисборки. Большинство компаний уже увидело, что здесь лежит . Большинство компаний уже увидело, что здесь лежит мощный запас по экономичности, производительности, степени мощный запас по экономичности, производительности, степени интеграции и развитию интегральной электроники, поэтому начались интеграции и развитию интегральной электроники, поэтому начались массовые вложения в эту технологию. Метод 3D-TSV переживает уже массовые вложения в эту технологию. Метод 3D-TSV переживает уже третье поколение развития, но основной бум всё же придётся на третье поколение развития, но основной бум всё же придётся на технологию компании «Тизарон» (Tezzaron Semiconductor) с технологию компании «Тизарон» (Tezzaron Semiconductor) с металлизированными отверстиями в самом чипе, поскольку это задаёт металлизированными отверстиями в самом чипе, поскольку это задаёт толщину чипа в 15 мкм. Опытный процессор на её базе уже толщину чипа в 15 мкм. Опытный процессор на её базе уже представлен.представлен.

Закону Мура пророчат потерю Закону Мура пророчат потерю актуальностиактуальности

По мнению известного американского физика-теоретика Митио По мнению известного американского физика-теоретика Митио Каку, знаменитый эмпирический закон Мура перестанет действовать в Каку, знаменитый эмпирический закон Мура перестанет действовать в ближайшие десять лет. ближайшие десять лет.

Закон Мура сформулирован более 45 лет назад. 19 апреля 1965 Закон Мура сформулирован более 45 лет назад. 19 апреля 1965 года в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестного года в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестного химика Гордона Мура с обзором тогдашнего состояния химика Гордона Мура с обзором тогдашнего состояния микроэлектронной индустрии. Автор подметил, что микроэлектронной индустрии. Автор подметил, что «число элементов «число элементов на микрочипах с наименьшей удельной стоимостью удваивается на микрочипах с наименьшей удельной стоимостью удваивается приблизительно каждый год».приблизительно каждый год». Впоследствии Мур, будучи уже главой Впоследствии Мур, будучи уже главой Intel, внёс в свою формулировку небольшую поправку, увеличив , внёс в свою формулировку небольшую поправку, увеличив длительность цикла удвоения количества элементов до двух лет. длительность цикла удвоения количества элементов до двух лет.

Существует множество разнообразных вариаций на тему этого Существует множество разнообразных вариаций на тему этого закона. Одна из самых распространённых предложена другим закона. Одна из самых распространённых предложена другим президентом Intel - Дэвидом Хаусом: «Производительность президентом Intel - Дэвидом Хаусом: «Производительность компьютерных процессоров возрастает в два раза примерно каждые компьютерных процессоров возрастает в два раза примерно каждые полтора года». полтора года».

По мере внедрения новых техпроцессов производителям По мере внедрения новых техпроцессов производителям становится всё труднее следовать закону Мура. По мнению г-на Каку, становится всё труднее следовать закону Мура. По мнению г-на Каку, эмпирическое правило потеряет актуальность, когда размеры эмпирическое правило потеряет актуальность, когда размеры транзисторов уменьшатся приблизительно до 5 нанометров. Жизнь транзисторов уменьшатся приблизительно до 5 нанометров. Жизнь закону Мура могли бы продлить квантовые компьютеры, однако такие закону Мура могли бы продлить квантовые компьютеры, однако такие вычислительные системы, как ожидается, появятся только к концу вычислительные системы, как ожидается, появятся только к концу текущего столетия. текущего столетия.

http://www.samag.ru/uart/more/10http://www.samag.ru/uart/more/10Если закон Мура будет действовать в течение ближайших 20 лет, то Если закон Мура будет действовать в течение ближайших 20 лет, то

по сравнению с 2012 годом количество транзисторов в по сравнению с 2012 годом количество транзисторов в микропроцессоре в 2015-м согласно интервальному прогнозу микропроцессоре в 2015-м согласно интервальному прогнозу вырастет в 2,80-2,83 разавырастет в 2,80-2,83 раза, в 2020-м – в 15,6-16,0 раза и в 2030-м – в , в 2020-м – в 15,6-16,0 раза и в 2030-м – в 86,3-90,9 раза. 86,3-90,9 раза.

Соответственно прогнозируемый размер транзистора, выпущенного Соответственно прогнозируемый размер транзистора, выпущенного в 2012 году находим следующим образом:в 2012 году находим следующим образом:

Размер транзистора = 11368,4 *0,8708^(2012-1970) = Размер транзистора = 11368,4 *0,8708^(2012-1970) = 34,0 нм34,0 нмСледовательно, прогнозируемый размер транзистора выпуска 2012 Следовательно, прогнозируемый размер транзистора выпуска 2012

года составляет лишь 0,30% от размера транзистора образца 1970-го, года составляет лишь 0,30% от размера транзистора образца 1970-го, т.е. за это время он уменьшился в 334,4 раза!т.е. за это время он уменьшился в 334,4 раза!

Так, остаток -21,9% по процессору 10-Core Xeon Westmere-EX, Так, остаток -21,9% по процессору 10-Core Xeon Westmere-EX, выпущенному компанией Intel в 2011 году, говорит о том, что по выпущенному компанией Intel в 2011 году, говорит о том, что по размеру транзисторов производителю удалось размеру транзисторов производителю удалось опередить темпы опередить темпы транзисторной миниатюризации на 21,9%.транзисторной миниатюризации на 21,9%. В то время как остаток 30,8% В то время как остаток 30,8% по процессору Quad-Core Itanium Tukwila, также выпущенному той же по процессору Quad-Core Itanium Tukwila, также выпущенному той же компанией в 2010 году, свидетельствует о том, что в данном случае компанией в 2010 году, свидетельствует о том, что в данном случае размеры транзисторов оказались больше прогнозируемых.размеры транзисторов оказались больше прогнозируемых.

Если закон Мура будет действовать в ближайшие 20 лет, то по Если закон Мура будет действовать в ближайшие 20 лет, то по сравнению с 2011 годом (в качестве базы для подсчета взяты сравнению с 2011 годом (в качестве базы для подсчета взяты транзисторы микропроцессора 10-Core Xeon Westmere-EX) размер транзисторы микропроцессора 10-Core Xeon Westmere-EX) размер транзисторов в 2015-м согласно интервальному прогнозу уменьшится в транзисторов в 2015-м согласно интервальному прогнозу уменьшится в 2,8-1,0 раза, в 2020-м – в 5,6-1,9 раза и в 2025-м – в 11,4-3,8 раза, а в 2,8-1,0 раза, в 2020-м – в 5,6-1,9 раза и в 2025-м – в 11,4-3,8 раза, а в 2030-м – в 7,44-22,86 раза.2030-м – в 7,44-22,86 раза.

При этом При этом уже в 2021 году согласно нижней границе уже в 2021 году согласно нижней границе интервального прогноза размеры транзистора окажутся меньше 5 интервального прогноза размеры транзистора окажутся меньше 5 нмнм, в то время как по точечному прогнозу это произойдет в 2026-м, а по , в то время как по точечному прогнозу это произойдет в 2026-м, а по верхней границе интервального прогноза – в 2029-м. Таким образом, верхней границе интервального прогноза – в 2029-м. Таким образом, в в 20-е годы производители вынуждены будут перейти к 20-е годы производители вынуждены будут перейти к изготовлению принципиально новых транзисторов – изготовлению принципиально новых транзисторов – нанотранзисторов, работа которых будет подчиняться законам нанотранзисторов, работа которых будет подчиняться законам квантовой механики.квантовой механики.

Правда, следует признать, что эти выводы окажутся верны только в Правда, следует признать, что эти выводы окажутся верны только в том случае, если реализуются следующие, на мой взгляд, наиболее том случае, если реализуются следующие, на мой взгляд, наиболее вероятные сценарные предположения. Во-первых, полагаю, что вероятные сценарные предположения. Во-первых, полагаю, что микроэлектроника в ближайшие два десятилетия останется микроэлектроника в ближайшие два десятилетия останется электронной, а не станет, например, оптической. Во-вторых, квантовый электронной, а не станет, например, оптической. Во-вторых, квантовый предел в данном случае связывается с уменьшением размера предел в данном случае связывается с уменьшением размера транзистора, хотя в принципе рост числа транзисторов в чипе может транзистора, хотя в принципе рост числа транзисторов в чипе может также привести к достижению квантового предела.также привести к достижению квантового предела.

В настоящее время много говорят о том, что В настоящее время много говорят о том, что традиционные полупроводниковые ЭВМ скоро себя традиционные полупроводниковые ЭВМ скоро себя исчерпают. исчерпают. Ожидается, что уже Ожидается, что уже через 5–10 лет их через 5–10 лет их вытеснят более мощные молекулярные, квантовые, вытеснят более мощные молекулярные, квантовые, биологические и другие весьма экзотические биологические и другие весьма экзотические вычислительные устройства. вычислительные устройства.

Одноатомный транзистор и Одноатомный транзистор и квантовое детище IBMквантовое детище IBM

В начале 2012 года группа австралийских физиков из Университета В начале 2012 года группа австралийских физиков из Университета Нового Южного Уэльса совместно с коллегами из американского Нового Южного Уэльса совместно с коллегами из американского Университета Пердью объявила о Университета Пердью объявила о создании транзистора, состоящего создании транзистора, состоящего из одного атомаиз одного атома. Согласно их работе, опубликованной в журнале . Согласно их работе, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, Nature Nanotechnology, действие одноатомного транзистора действие одноатомного транзистора основано на замещении атома кремния в кремниевой основано на замещении атома кремния в кремниевой кристаллической решетке атомом фосфора.кристаллической решетке атомом фосфора. Фосфор (в таблице Фосфор (в таблице Менделеева идет сразу после кремния) имеет на один электрон Менделеева идет сразу после кремния) имеет на один электрон больше, чем кремний, и в этом узле решетки есть дополнительный больше, чем кремний, и в этом узле решетки есть дополнительный электрон, который можно сделать свободным, поэтому кристалл в этом электрон, который можно сделать свободным, поэтому кристалл в этом месте становится электропроводящим.месте становится электропроводящим.

Правда, этот атомный транзистор пока нельзя использовать при Правда, этот атомный транзистор пока нельзя использовать при создании промышленных чипов. Во-первых, создании промышленных чипов. Во-первых, он может работать он может работать транзистором только при сверхнизких температурах, близких к транзистором только при сверхнизких температурах, близких к абсолютному нулю, во-вторых, использование сканирующего абсолютному нулю, во-вторых, использование сканирующего туннельного микроскопа не позволяет производить подобные туннельного микроскопа не позволяет производить подобные транзисторы в промышленных масштабах.транзисторы в промышленных масштабах. Впрочем, многие Впрочем, многие эксперты полагают, что уже эксперты полагают, что уже к 2020 году чипы с одноатомными к 2020 году чипы с одноатомными нанотранзисторами появятся на рынкенанотранзисторами появятся на рынке..

Колпаков Г. Одноатомный транзистор, 22.02.2012 г. – сайт Колпаков Г. Одноатомный транзистор, 22.02.2012 г. – сайт http://www.gazeta.ru/science.http://www.gazeta.ru/science.

В свою очередь, разработкой квантового компьютера уже В свою очередь, разработкой квантового компьютера уже давно занимается (наряду с другими компаниями) американская давно занимается (наряду с другими компаниями) американская корпорация IBM, в начале марта 2012 года обнародовавшая корпорация IBM, в начале марта 2012 года обнародовавшая очередной отчет о своих достижениях. По информации IBM, в очередной отчет о своих достижениях. По информации IBM, в сотрудничестве с учеными Йельского университета ее сотрудничестве с учеными Йельского университета ее разработчикам удалось разработать трехмерный разработчикам удалось разработать трехмерный сверхпроводящий кубит, способный удерживать свое сверхпроводящий кубит, способный удерживать свое состояние до 100 микросекунд.состояние до 100 микросекунд.

Столько времени вполне достаточно, чтобы прочитать всю Столько времени вполне достаточно, чтобы прочитать всю необходимую информацию. При этом необходимую информацию. При этом важным практическим важным практическим достоинством последней разработки IBM является то, что достоинством последней разработки IBM является то, что трехмерный сверхпроводящий кубит изготавливается на трехмерный сверхпроводящий кубит изготавливается на базе технологий обычных микрочиповбазе технологий обычных микрочипов, а значит, при , а значит, при достаточно высоком уровне развития квантовых достаточно высоком уровне развития квантовых вычислительных машин проблем с серийным производством вычислительных машин проблем с серийным производством таких чипов, по мнению разработчиков, скорее всего не будет. таких чипов, по мнению разработчиков, скорее всего не будет. Очевидно, можно ожидать, что Очевидно, можно ожидать, что через 10-15 лет таких через 10-15 лет таких разработок будет вполне достаточно, чтобы создать разработок будет вполне достаточно, чтобы создать коммерческую версию квантового компьютера.коммерческую версию квантового компьютера.

Квантовый компьютер: IBM переходит к практике, 05.03.2012 – сайт Квантовый компьютер: IBM переходит к практике, 05.03.2012 – сайт http://rnd.cnews.ru. .

Перспективные технологии будущегоПерспективные технологии будущегоСинхронизация микропроцессоров вовсе не является Синхронизация микропроцессоров вовсе не является

непременным условием их успешного функционирования, что непременным условием их успешного функционирования, что было продемонстрировано компанией ARM в асинхронном ядре.было продемонстрировано компанией ARM в асинхронном ядре.

Вероятностный подходВероятностный подход был опробован сотрудниками был опробован сотрудниками Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology) Technology) в ходе работ над повышением плотности в ходе работ над повышением плотности размещения элементов интегральных схем и понижения размещения элементов интегральных схем и понижения потребляемой электроэнергиипотребляемой электроэнергии. Проект этот осуществляется . Проект этот осуществляется при финансовой поддержке Intel и оборонного ведомства США — при финансовой поддержке Intel и оборонного ведомства США — Управления перспективных оборонных научно-Управления перспективных оборонных научно-исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects исследовательских работ (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Agency, DARPA).

Как известно, в обычной микросхеме логические уровни должны иметь Как известно, в обычной микросхеме логические уровни должны иметь заранее определенное значение — то есть, вероятность того, что они заранее определенное значение — то есть, вероятность того, что они примут это значение, должна быть равна 1. В новой разработке требуется, примут это значение, должна быть равна 1. В новой разработке требуется, чтобы чтобы вероятность «правильного» значения на выходе элемента была вероятность «правильного» значения на выходе элемента была не менее некоторой величины p<1.не менее некоторой величины p<1. Созданный Созданный новый тип логики, новый тип логики, названной «вероятностная CMOS» (probabilistic PCMOS),названной «вероятностная CMOS» (probabilistic PCMOS), позволяет позволяет получать корректные результаты, даже когда значения вероятности получать корректные результаты, даже когда значения вероятности корректных выходных значений на выходах элементов схемы меньше 1. По корректных выходных значений на выходах элементов схемы меньше 1. По данным создателей новых микросхем, данным создателей новых микросхем, PCMOS требует для работы в 500 PCMOS требует для работы в 500 раз меньше энергии, чем традиционная логикараз меньше энергии, чем традиционная логика. . Кроме того, новый подход Кроме того, новый подход особенно хорошо согласовывается с растущим количеством алгоритмов, в которых особенно хорошо согласовывается с растущим количеством алгоритмов, в которых используется вероятностные составляющие и идеально подходит, например, для используется вероятностные составляющие и идеально подходит, например, для приложений прогнозирования с использованием нечетких множеств.приложений прогнозирования с использованием нечетких множеств.

Еще одно Еще одно важное преимущество PCMOS — решение проблемы важное преимущество PCMOS — решение проблемы повышения тепловыделения с ростом плотности схем.повышения тепловыделения с ростом плотности схем. Вероятностная логика устойчивее к шумамВероятностная логика устойчивее к шумам, чем традиционная, а , чем традиционная, а уровень шумов стремительно возрастает по мере того, как уровень шумов стремительно возрастает по мере того, как повышается плотность расположения элементовповышается плотность расположения элементов. . Для коррекции Для коррекции возникающих ошибок используется статистический подходвозникающих ошибок используется статистический подход: : схема отбрасывает шум, усредняя результаты обработки потоков схема отбрасывает шум, усредняя результаты обработки потоков данных в чипе. Исследователи признают, что такой подход приемлем данных в чипе. Исследователи признают, что такой подход приемлем не для всех типов данных, но многие цепи обработки сигналов уже не для всех типов данных, но многие цепи обработки сигналов уже сейчас рассчитаны на работу с определенным уровнем шумов. В сейчас рассчитаны на работу с определенным уровнем шумов. В качестве подтверждения права концепции на жизнь, ученые показали качестве подтверждения права концепции на жизнь, ученые показали работу схемы в задаче распаковки потока видеоданных — видимые работу схемы в задаче распаковки потока видеоданных — видимые искажения не проявлялись. искажения не проявлялись.

К настоящему моменту создана однокристальная К настоящему моменту создана однокристальная схема, в которой вероятностный сопроцессор схема, в которой вероятностный сопроцессор объединен с цепями традиционной логикиобъединен с цепями традиционной логики. На . На следующем этапе проекта разработчики планируют следующем этапе проекта разработчики планируют создать библиотеку алгоритмов обработки аудио- и создать библиотеку алгоритмов обработки аудио- и видеоданных, которая покажет, что архитектура PCMOS видеоданных, которая покажет, что архитектура PCMOS пригодна для широкого внедрения. пригодна для широкого внедрения.

Фотоника Фотоника – – это технология излучения, передачи, регистрации это технология излучения, передачи, регистрации

света при помощи волоконной оптики и света при помощи волоконной оптики и оптоэлектроники.оптоэлектроники.

16.02.2004 впервые было продемонстрировано 16.02.2004 впервые было продемонстрировано устройство, передающее информацию по волоконно-устройство, передающее информацию по волоконно-оптическому кабелю со скоростью 1 Гбит в секунду!оптическому кабелю со скоростью 1 Гбит в секунду!

Луч света, идущий по оптическому волокну Луч света, идущий по оптическому волокну расщепляется на два луча, затем один из лучей проходит расщепляется на два луча, затем один из лучей проходит через специальное устройство, в котором световые через специальное устройство, в котором световые колебания могут сдвигаться по фазе. После сложения колебания могут сдвигаться по фазе. После сложения лучей наблюдается интерференция. Наличие света лучей наблюдается интерференция. Наличие света считают «1», а его отсутствие «0». считают «1», а его отсутствие «0».

По оптическому волокну можно передавать тысячи По оптическому волокну можно передавать тысячи потоков сигналов на разных длинах световых волн.потоков сигналов на разных длинах световых волн.

Теоретический пределТеоретический предел для такой передачи близок к для такой передачи близок к 100 триллионам бит в секунду.100 триллионам бит в секунду.

НанотехнологииНанотехнологии

Это технологии, оперирующие величинами порядка Это технологии, оперирующие величинами порядка 1010-9 -9 мм..

4 основных направления4 основных направления::

1.1.Молекулярная электроника.Молекулярная электроника.

2.2.Биохимические и органические решения.Биохимические и органические решения.

3.3.Квазимеханические решения на основе нанотрубок.Квазимеханические решения на основе нанотрубок.

4.4.Квантовые компьютеры.Квантовые компьютеры.

Молекулярная электроника Молекулярная электроника

Впервые теория использования органической Впервые теория использования органической молекулы в качестве элементной базы микроэлектроники молекулы в качестве элементной базы микроэлектроники возникла в 1974 году, когда ведущие инженеры фирмы возникла в 1974 году, когда ведущие инженеры фирмы IBM А.Авирам и М.Ратнер предложили IBM А.Авирам и М.Ратнер предложили модель модель выпрямителя (диода), состоящего из одной органической выпрямителя (диода), состоящего из одной органической молекулы.молекулы.

Две половинки этой молекулы обладают Две половинки этой молекулы обладают противоположными свойствами по отношению к противоположными свойствами по отношению к электрону: одна может только отдавать электрон (донор), электрону: одна может только отдавать электрон (донор), а другая – только принимать (акцептор). Если поместить а другая – только принимать (акцептор). Если поместить такую ассиметричную молекулу между двумя такую ассиметричную молекулу между двумя металлическими электродами, то вся система будет металлическими электродами, то вся система будет проводить ток только в одном направлении. проводить ток только в одном направлении.

Предложения Авирама и Ратнера о создании Предложения Авирама и Ратнера о создании молекулярных систем с направленной электронной молекулярных систем с направленной электронной проводимостью инициировали экспериментальные работы проводимостью инициировали экспериментальные работы по синтезу и изучению свойств таких молекул. по синтезу и изучению свойств таких молекул. Выдвигались также идеи создания на их основе аналога Выдвигались также идеи создания на их основе аналога полупроводникового транзистора за счет внедрения между полупроводникового транзистора за счет внедрения между донорной и акцепторной частями молекулы донорной и акцепторной частями молекулы дополнительной управляющей молекулярной группировки дополнительной управляющей молекулярной группировки (затвора), свойства которого могут быть изменены каким-(затвора), свойства которого могут быть изменены каким-либо воздействием (либо воздействием (подачей напряжения, освещением и подачей напряжения, освещением и т.п.). Если соединить два таких транзистора, получится т.п.). Если соединить два таких транзистора, получится аналог полупроводникового триггера (или вентиля) – аналог полупроводникового триггера (или вентиля) – устройства, которое может переключаться между двумя устройства, которое может переключаться между двумя устойчивыми состояниями, выполняющими роль устойчивыми состояниями, выполняющими роль логического “0” и “1”. А это, по сути, базовый элемент логического “0” и “1”. А это, по сути, базовый элемент любого компьютера, работающего по принципу бинарной любого компьютера, работающего по принципу бинарной (двоичной) логики.(двоичной) логики.

Следующим важным шагом в развитии молекулярной Следующим важным шагом в развитии молекулярной схемотехники стал схемотехники стал отказ от простого копирования отказ от простого копирования полупроводниковых схем с заменой в них обычных транзисторов полупроводниковых схем с заменой в них обычных транзисторов на молекулярные.на молекулярные. Дело в том, что Дело в том, что существует множество как существует множество как природных, так и синтезированных человеком молекул, которые природных, так и синтезированных человеком молекул, которые сами по себе могут служить логическими элементами.сами по себе могут служить логическими элементами. Их Их разделяют на два типа.разделяют на два типа. К первому относятся молекулы, К первому относятся молекулы, обладающие двумя устойчивыми состояниями, которым можно обладающие двумя устойчивыми состояниями, которым можно приписать значения “0” и “1”. Научившись переключать их из приписать значения “0” и “1”. Научившись переключать их из одного состояния в другое с помощью внешних воздействий, мы одного состояния в другое с помощью внешних воздействий, мы фактически получим уже готовый вентиль.фактически получим уже готовый вентиль. Молекулы второго Молекулы второго типа содержат фрагменты, способные выполнять роль типа содержат фрагменты, способные выполнять роль упомянутых выше управляющих группировок.упомянутых выше управляющих группировок. Одна такая Одна такая молекула может работать как логически активный элемент НЕ-И, молекула может работать как логически активный элемент НЕ-И, НЕ-ИЛИ и т.д. НЕ-ИЛИ и т.д. На основе уникальных свойств органических На основе уникальных свойств органических молекул уже сегодня разработано множество вариантов молекул уже сегодня разработано множество вариантов схем для гипотетического молекулярного компьютера. схем для гипотетического молекулярного компьютера.

Существующие научные разработки Существующие научные разработки молекулярных компьютеров молекулярных компьютеров

Процессор будет состоять из молекулярных логических Процессор будет состоять из молекулярных логических элементов. элементов.

Примеры существующих разработок : Примеры существующих разработок : 1) В качестве триггеров удобнее всего использовать 1) В качестве триггеров удобнее всего использовать

молекулы, имеющие изомерные формы, которые обладают молекулы, имеющие изомерные формы, которые обладают одинаковой молекулярной массой и составом, но одинаковой молекулярной массой и составом, но различаются строением или расположением атомов в различаются строением или расположением атомов в пространстве.пространстве. Некоторые из них можно переводить из Некоторые из них можно переводить из одной формы в другую путем внешнего воздействия. одной формы в другую путем внешнего воздействия. Например, Например, молекула соединения типа спиробензипирана молекула соединения типа спиробензипирана может быть переключена из состояния “0” в состояние “1” с может быть переключена из состояния “0” в состояние “1” с помощью ультрафиолетового излучения, а в обратном помощью ультрафиолетового излучения, а в обратном направлении с помощью света видимого диапазона. На направлении с помощью света видимого диапазона. На основе такого триггера можно строить как устройства основе такого триггера можно строить как устройства оперативной памяти, так и элементы, выполняющие оперативной памяти, так и элементы, выполняющие логические функции.логические функции.

2) В последнее время в нескольких научных центрах 2) В последнее время в нескольких научных центрах разработаны и запатентованы разработаны и запатентованы переключающие элементы переключающие элементы на зеркально симметричных – хиральных (от греч. хирос – на зеркально симметричных – хиральных (от греч. хирос – рука) – изомерах, которые также могут применяться для рука) – изомерах, которые также могут применяться для хранения и обработки информации: функции логических “0” хранения и обработки информации: функции логических “0” и “1” выполняют “правая” и “левая” формы молекулы.и “1” выполняют “правая” и “левая” формы молекулы. Переключение такого триггераПереключение такого триггера, называемого , называемого хироптическим, из одного состояния в другое хироптическим, из одного состояния в другое производится при одновременном действии света и производится при одновременном действии света и электрического поляэлектрического поля : свет сообщает молекуле энергию, а : свет сообщает молекуле энергию, а электрическое поле задает направление переключения. электрическое поле задает направление переключения. Считывание информации происходит оптическим Считывание информации происходит оптическим способом.способом.

3) Недавно компания Hewlett-Packard объявила о своих 3) Недавно компания Hewlett-Packard объявила о своих успехах в успехах в изготовлении логических вентилей на основе изготовлении логических вентилей на основе молекул ротаксановмолекул ротаксанов. Такой вентиль состоит из молекул . Такой вентиль состоит из молекул двух типов: циклической (так называемой “бусины”) и двух типов: циклической (так называемой “бусины”) и линейной (“нити”). линейной (“нити”).

В работающем устройстве “бусина” оказывается В работающем устройстве “бусина” оказывается нанизанной на “нить”, располагаясь на ней в одном из двух нанизанной на “нить”, располагаясь на ней в одном из двух возможных устойчивых положений. Переход из одного возможных устойчивых положений. Переход из одного положения в другое, то есть положения в другое, то есть переключение вентиля, переключение вентиля, происходит за счет изменения кислотно-щелочного баланса происходит за счет изменения кислотно-щелочного баланса среды.среды. Такой переход является обратимым, и им можно Такой переход является обратимым, и им можно управлять с помощью электрических сигналов. В процессе управлять с помощью электрических сигналов. В процессе переключения значительно сдвигается полоса поглощения переключения значительно сдвигается полоса поглощения света молекулами ротаксанов, что дает возможность света молекулами ротаксанов, что дает возможность считывать информацию оптическим способомсчитывать информацию оптическим способом. . Молекулы ротаксанов могут быть объединены в Молекулы ротаксанов могут быть объединены в полимерные цепи различной длины и сложности, которые полимерные цепи различной длины и сложности, которые будут выполнять логические функции за счет передачи будут выполнять логические функции за счет передачи сигнала переключения вдоль цепей. сигнала переключения вдоль цепей.

4) Рассмотрим еще один вариант молекулярных 4) Рассмотрим еще один вариант молекулярных устройств, способных выполнять логические операции. устройств, способных выполнять логические операции.

Представим себе Представим себе длинную молекулу, состоящую из двух длинную молекулу, состоящую из двух типов чередующихся структурных группировок, одни из которых типов чередующихся структурных группировок, одни из которых служат потенциальными ямами, а другие - потенциальными служат потенциальными ямами, а другие - потенциальными барьерами для прохождения электрона вдоль молекулы.барьерами для прохождения электрона вдоль молекулы. Таким Таким образом, эта молекулярная цепочка представляет собой “полосу образом, эта молекулярная цепочка представляет собой “полосу препятствий” для электрона. препятствий” для электрона. Исходное состояние молекулы Исходное состояние молекулы задается так, что электрон может легко пройти ее (за счет задается так, что электрон может легко пройти ее (за счет эффекта резонансного туннелирования).эффекта резонансного туннелирования). Однако стоит только Однако стоит только воздействием на одну из группировок изменить высоту барьера воздействием на одну из группировок изменить высоту барьера или глубину ямы, - и прохождение электрона станет или глубину ямы, - и прохождение электрона станет невозможным. Допустим, наша невозможным. Допустим, наша молекула имеет четыре молекула имеет четыре потенциальные ямы, глубиной которых мы можем управлять потенциальные ямы, глубиной которых мы можем управлять путем оптического или электрического взаимодействия. Тогда путем оптического или электрического взаимодействия. Тогда она способна работать как логический элемент НЕ-И с четырьмя она способна работать как логический элемент НЕ-И с четырьмя входамивходами. То есть электрон через молекулярную цепочку будет . То есть электрон через молекулярную цепочку будет проходить только в те моменты, когда сигнал на всех четырех проходить только в те моменты, когда сигнал на всех четырех входах отсутствует. входах отсутствует.

“ “Конструирование” Конструирование” молекулярного компьютера молекулярного компьютера

Один из методов молекулярной архитектуры – Один из методов молекулярной архитектуры – построение объемных схем молекулярных устройств – построение объемных схем молекулярных устройств – технология Меррифильда, разработанная еще в начале технология Меррифильда, разработанная еще в начале 70-х годов для получения полипептидов с заданной 70-х годов для получения полипептидов с заданной последовательностью аминокислот. На основе этого метода последовательностью аминокислот. На основе этого метода сотрудник центра молекулярной электроники IBM сотрудник центра молекулярной электроники IBM доктор доктор Джон Линдсней создал управляемый компьютером Джон Линдсней создал управляемый компьютером синтезатор, предназначенный для конструирования синтезатор, предназначенный для конструирования сложных молекул – компонентов компьютера на сложных молекул – компонентов компьютера на молекулярной основе.молекулярной основе. В процессе синтеза базовая В процессе синтеза базовая молекула химически присоединяется к пластиковой молекула химически присоединяется к пластиковой сфере малого диаметрасфере малого диаметра (в реакторной камере содержатся (в реакторной камере содержатся тысячи таких сфер). Добавление химических соединений в тысячи таких сфер). Добавление химических соединений в камеру осуществляется специализированным камеру осуществляется специализированным манипулятором под управлением ЭВМ. манипулятором под управлением ЭВМ.

Компьютер контролирует также температуру, кислотность Компьютер контролирует также температуру, кислотность среды и т.д., периодически анализирует продукт реакции для среды и т.д., периодически анализирует продукт реакции для того, чтобы обеспечит правильное его формирование. В ходе того, чтобы обеспечит правильное его формирование. В ходе определенной последовательности химических реакций, определенной последовательности химических реакций, предварительно смоделированных на ЭВМ, к базовой молекуле, предварительно смоделированных на ЭВМ, к базовой молекуле, прикрепленной к пластиковой сфере, добавляются новые прикрепленной к пластиковой сфере, добавляются новые молекулы. молекулы. В процессе синтезаВ процессе синтеза, продолжающегося иногда , продолжающегося иногда несколько дней, несколько дней, под управлением компьютера строятся очень под управлением компьютера строятся очень сложные молекулы. Причем каждая из них оказывается сложные молекулы. Причем каждая из них оказывается точной копией прототипа, описание которого хранится в точной копией прототипа, описание которого хранится в памяти машины. памяти машины.

Синтез идет по модульному принципу.Синтез идет по модульному принципу. На первом этапе На первом этапе синтезируются молекулярные вентили.синтезируются молекулярные вентили. На втором этапе из На втором этапе из них конструируются более сложные соединения, способные них конструируются более сложные соединения, способные выполнять функции логически активных элементов. выполнять функции логически активных элементов. Полученные компоненты можно затем использовать для Полученные компоненты можно затем использовать для конструирования молекулярного компьютера. конструирования молекулярного компьютера.

Теоретически можно соединить отдельные молекулярные Теоретически можно соединить отдельные молекулярные компоненты “проводами”, например, из так называемых компоненты “проводами”, например, из так называемых углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок – цилиндрических структур диаметром – цилиндрических структур диаметром несколько нанометров – или из токопроводящих полимеров, несколько нанометров – или из токопроводящих полимеров, называемых иногда “органическими металлами”. Работы по созданию называемых иногда “органическими металлами”. Работы по созданию полимеров – проводников были начаты еще в 70-х годах и с тех пор уже полимеров – проводников были начаты еще в 70-х годах и с тех пор уже нашли массу применений в обычной электронике. В 2000 году авторам нашли массу применений в обычной электронике. В 2000 году авторам первых работ в этой области – американским ученым А. Хигеру, А. Мак-первых работ в этой области – американским ученым А. Хигеру, А. Мак-Диармиду и японскому ученому Н. Ширакаве присудили Нобелевскую Диармиду и японскому ученому Н. Ширакаве присудили Нобелевскую премию по химии. премию по химии.

Остается еще проблема ввода и вывода информации. Устройства Остается еще проблема ввода и вывода информации. Устройства ввода информации пользователем в молекулярный компьютер в ввода информации пользователем в молекулярный компьютер в принципе могут остаться теми же, что и в настоящее время принципе могут остаться теми же, что и в настоящее время (клавиатура, мышь, входные порты и т.д.) Однако, поскольку процессы (клавиатура, мышь, входные порты и т.д.) Однако, поскольку процессы хранения и переработки информации в молекулярной электронике хранения и переработки информации в молекулярной электронике носят специфический характер (отдельные части одного и того же носят специфический характер (отдельные части одного и того же компьютера могут работать с информацией, представленной в разных компьютера могут работать с информацией, представленной в разных формах - электрической, оптической, химической и др.), формах - электрической, оптической, химической и др.), встает встает проблема сопряжения вычислительных блоков между собой, а также с проблема сопряжения вычислительных блоков между собой, а также с внешними электронными устройствами.внешними электронными устройствами. То есть необходимо иметь То есть необходимо иметь преобразователи сигнала из одной формы в другую. преобразователи сигнала из одной формы в другую.

Для построения химических (газовых) сенсоров уже давно Для построения химических (газовых) сенсоров уже давно используются используются преобразователи сигнала из химической формы в преобразователи сигнала из химической формы в электрическую и обратноэлектрическую и обратно. Что касается . Что касается преобразования преобразования электрических сигналов в оптическиеэлектрических сигналов в оптические, то для этого подходят , то для этого подходят молекулярные аналоги светодиодов и лазеров, в которых используются молекулярные аналоги светодиодов и лазеров, в которых используются светоизлучающие молекулы (хромафоры). светоизлучающие молекулы (хромафоры).

Если для вывода и отображения информации в молекулярном Если для вывода и отображения информации в молекулярном компьютере использовать уже существующие сегодня устройства компьютере использовать уже существующие сегодня устройства (мониторы, проекторы и т.п.), то, как и в случае с вводом, необходимо (мониторы, проекторы и т.п.), то, как и в случае с вводом, необходимо просто иметь соответствующие преобразователи сигналов. Вместе с просто иметь соответствующие преобразователи сигналов. Вместе с тем, молекулярная электроника предлагает свои пути решения этой тем, молекулярная электроника предлагает свои пути решения этой проблемы. Например, проблемы. Например, разрабатываются молекулярные устройства, разрабатываются молекулярные устройства, на основе которых могут быть созданы сверхтонкие на основе которых могут быть созданы сверхтонкие жидкокристаллические мониторы.жидкокристаллические мониторы. Для этого Для этого под массой жидких под массой жидких кристаллов наносится тонкая органическая пленка, обладающая кристаллов наносится тонкая органическая пленка, обладающая ориентирующим эффектом. На каждую молекулу пленки поступает ориентирующим эффектом. На каждую молекулу пленки поступает сигнал из компьютера, меняющий ее конформацию и соответственно сигнал из компьютера, меняющий ее конформацию и соответственно ориентацию нанесенного сверху слоя жидких кристаллов, а также его ориентацию нанесенного сверху слоя жидких кристаллов, а также его отражательные свойства. Таким образом, полученная структура может отражательные свойства. Таким образом, полученная структура может служить для вывода информации на экран. служить для вывода информации на экран.

По сходному принципу работают так называемые По сходному принципу работают так называемые “электронные таблетки” – экраны небольшого размера, “электронные таблетки” – экраны небольшого размера, покрытые слоем хиральных жидких кристаллов, молекулы покрытые слоем хиральных жидких кристаллов, молекулы которых могут менять тип симметрии в зависимости от которых могут менять тип симметрии в зависимости от ориентации подложки, изменяя при этом и окраскуориентации подложки, изменяя при этом и окраску. Такие . Такие таблетки из полиимидных подложек с внедренными молекулами таблетки из полиимидных подложек с внедренными молекулами азокрасителей азокрасителей позволяют записывать с помощью позволяют записывать с помощью поляризованного света лазера и отображать очень большой поляризованного света лазера и отображать очень большой объем информации, в результате чего они получили название объем информации, в результате чего они получили название “газеты будущего”.“газеты будущего”. Такие структуры могут создаваться и на Такие структуры могут создаваться и на гибкой полимерной подложке, что делает их еще более гибкой полимерной подложке, что делает их еще более удобными для использования. удобными для использования.

Второй возможный Второй возможный тип устройств отображения тип устройств отображения информации – это органические светодиоды, то есть информации – это органические светодиоды, то есть активные излучающие устройства на основе p-n переходов, активные излучающие устройства на основе p-n переходов, созданных из органических материалов.созданных из органических материалов. Такой светодиод Такой светодиод состоит из одного или нескольких слоев органических молекул, состоит из одного или нескольких слоев органических молекул, помещенных между двумя электродами. помещенных между двумя электродами.

Излучение света диодом происходит за счет взаимного Излучение света диодом происходит за счет взаимного уничтожения (аннигиляции) положительных и уничтожения (аннигиляции) положительных и отрицательных зарядов в слое органического материала. отрицательных зарядов в слое органического материала. Эти заряды могут поступать на светодиод непосредственно Эти заряды могут поступать на светодиод непосредственно из молекулярного компьютера.из молекулярного компьютера. Стоит отметить, что Стоит отметить, что используемые в диоде электроды могут быть изготовлены используемые в диоде электроды могут быть изготовлены не только из металла, но и из органических материалов, не только из металла, но и из органических материалов, например на основе полианилина или полиацетилена. например на основе полианилина или полиацетилена.

На сегодняшний день уже достигнут значительный На сегодняшний день уже достигнут значительный прогресс в получении высоких значений эффективности прогресс в получении высоких значений эффективности светодиодов, в понижении их рабочих напряжений, а также светодиодов, в понижении их рабочих напряжений, а также в выборе цвета излучения. в выборе цвета излучения. Разработаны устройства с Разработаны устройства с эффективностью несколько люмен на ватт и со сроком эффективностью несколько люмен на ватт и со сроком службы несколько тысяч часов. службы несколько тысяч часов.

Есть ли у молекулярных компьютеров Есть ли у молекулярных компьютеров будущее ? будущее ?

Хотя Хотя теоретические основы молетроникитеоретические основы молетроники уже достаточно уже достаточно хорошо разработаны и созданы прототипы практически всех хорошо разработаны и созданы прототипы практически всех элементов логических схем, однако на пути реального элементов логических схем, однако на пути реального построения молекулярного компьютера встают значительные построения молекулярного компьютера встают значительные сложности. Внешне очевидная возможность использования сложности. Внешне очевидная возможность использования отдельных молекул в качестве логических элементов отдельных молекул в качестве логических элементов электронных устройств оказывается весьма проблематичной из-электронных устройств оказывается весьма проблематичной из-за специфических свойств молекулярных систем и требований, за специфических свойств молекулярных систем и требований, предъявляемых к логическим элементам. предъявляемых к логическим элементам.

В первую очередь логический элемент должен обладать В первую очередь логический элемент должен обладать высокой надежностью срабатывания при подаче управляющего высокой надежностью срабатывания при подаче управляющего воздействия.воздействия. Если рассматривать оптическую связь между Если рассматривать оптическую связь между элементами, то элементами, то в системе одна молекула - один фотон в системе одна молекула - один фотон надежность переключения будет невелика из-за надежность переключения будет невелика из-за относительно малой вероятности перехода молекулы в относительно малой вероятности перехода молекулы в возбужденное состояние.возбужденное состояние. Можно пытаться преодолеть эту Можно пытаться преодолеть эту трудность, используя одновременно большое число квантов. трудность, используя одновременно большое число квантов.

Но это противоречит другому важному требованию: Но это противоречит другому важному требованию: КПД КПД преобразования сигнала отдельным элементом должен быть преобразования сигнала отдельным элементом должен быть близок к 1, то есть средняя мощность реакции должна быть близок к 1, то есть средняя мощность реакции должна быть соизмерима со средней мощностью воздействия.соизмерима со средней мощностью воздействия. В противном В противном случае при объединении элементов в цепь вероятность их случае при объединении элементов в цепь вероятность их срабатывания будет уменьшаться по мере удаления от срабатывания будет уменьшаться по мере удаления от начала цепи. Кроме того, начала цепи. Кроме того, элемент должен однозначно элемент должен однозначно переключаться в требуемое состояние и находиться в переключаться в требуемое состояние и находиться в нем достаточно долго – до следующего воздействиянем достаточно долго – до следующего воздействия.. Для Для сравнительно простых молекул это требование, как правило, сравнительно простых молекул это требование, как правило, не выполняется: если переходом в возбужденное состояние не выполняется: если переходом в возбужденное состояние можно управлять, то обратный переход может происходить можно управлять, то обратный переход может происходить спонтанно. спонтанно.

При использовании больших органических молекул или их При использовании больших органических молекул или их комплексов, в принципе, можно обойти перечисленные комплексов, в принципе, можно обойти перечисленные трудности. трудности. В некоторых белках КПД электронно-оптического В некоторых белках КПД электронно-оптического преобразования близок к 1.преобразования близок к 1. Также для большинства Также для большинства биологических молекул время жизни возбужденного биологических молекул время жизни возбужденного состояния достигает нескольких секунд.состояния достигает нескольких секунд.

Эффективной работы будущего компьютера можно Эффективной работы будущего компьютера можно достичь, комбинируя принципы молетроники и достичь, комбинируя принципы молетроники и комбинированных вычислений, применяемых в комбинированных вычислений, применяемых в суперкомпьютерах.суперкомпьютерах. Эффективность не уменьшится, даже Эффективность не уменьшится, даже если отдельный молекулярный вычислительный элемент и если отдельный молекулярный вычислительный элемент и не будет обладать надежностью своих кремниевых не будет обладать надежностью своих кремниевых предшественников. Для этого надо заставить несколько предшественников. Для этого надо заставить несколько молекулярных логических элементов работать молекулярных логических элементов работать параллельно. Тогда неправильное срабатывание одного их параллельно. Тогда неправильное срабатывание одного их них не приведет к заметному сбою в вычислениях. них не приведет к заметному сбою в вычислениях.

Современный суперкомпьютер, работающий по Современный суперкомпьютер, работающий по принципу массивного параллелелизма и имеющий многие принципу массивного параллелелизма и имеющий многие сотни процессоров, может сохранить высокую сотни процессоров, может сохранить высокую производительность даже в том случае, если 75% из них производительность даже в том случае, если 75% из них выйдет из строя.выйдет из строя. Практически все живые системы Практически все живые системы используют принцип параллелелизма.используют принцип параллелелизма. Поэтому Поэтому несовершенство организмов на уровне отдельных клеток несовершенство организмов на уровне отдельных клеток или генов не мешает им эффективно функционировать. или генов не мешает им эффективно функционировать.

Сегодня Сегодня в мире существует уже более десятка научно-в мире существует уже более десятка научно-технологических центров, занимающихся разработкой технологических центров, занимающихся разработкой устройств молекулярной электроники.устройств молекулярной электроники. Ежегодно Ежегодно конференции (в 2000 году прошла уже 14 такая конференции (в 2000 году прошла уже 14 такая конференция) собирают сотни специалистов в этой конференция) собирают сотни специалистов в этой области. области.

Но для развития молекулярной электроникой сегодня Но для развития молекулярной электроникой сегодня нужны усилия широкого круга ученых, работающих в нужны усилия широкого круга ученых, работающих в области академических знаний от коллоидной химии и области академических знаний от коллоидной химии и биологии до теоретической физики, а также в области биологии до теоретической физики, а также в области высоких технологий. Главной причиной здесь являются высоких технологий. Главной причиной здесь являются значительные финансовые вложения.значительные финансовые вложения.

Оптические компьютеры Оптические компьютеры Проникновение оптических методов в вычислительную Проникновение оптических методов в вычислительную

технику ведется по трем основным направлениям. технику ведется по трем основным направлениям. Первое основано на использовании аналоговых Первое основано на использовании аналоговых

интерференционных оптических вычислений для интерференционных оптических вычислений для решения отдельных специальных задач, связанных с решения отдельных специальных задач, связанных с необходимостью быстрого выполнения интегральных необходимостью быстрого выполнения интегральных преобразований.преобразований.

Второе направление связано с  использованием Второе направление связано с  использованием оптических соединений для передачи сигналов на оптических соединений для передачи сигналов на различных ступенях  иерархии  элементов различных ступенях  иерархии  элементов вычислительной техникивычислительной техники, т.е. создание чисто оптических , т.е. создание чисто оптических или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо или гибридных (оптоэлектронных) соединений вместо обычных, менее надежных, электрических соединений. При обычных, менее надежных, электрических соединений. При этом в конструкции компьютера  появляются  новые этом в конструкции компьютера  появляются  новые элементы – оптоэлектронные преобразователи элементы – оптоэлектронные преобразователи электрических  сигналов в оптические  и  обратно. электрических  сигналов в оптические  и  обратно.

Но самым перспективным направлением развития Но самым перспективным направлением развития оптических вычислительных устройств является оптических вычислительных устройств является создание создание компьютера, полностью состоящего из оптических компьютера, полностью состоящего из оптических устройств обработки информации.устройств обработки информации. Это направление Это направление интенсивно развивают с начала 80-х годов  ведущие научные интенсивно развивают с начала 80-х годов  ведущие научные центры (MTI, Sandia Laboratories и др.)  и основные компании-центры (MTI, Sandia Laboratories и др.)  и основные компании-производители компьютерного оборудования (Intel, IBM). производители компьютерного оборудования (Intel, IBM).

В основе работы различных компонентов оптического В основе работы различных компонентов оптического компьютеракомпьютера (трансфазаторы - оптические транзисторы, (трансфазаторы - оптические транзисторы, триггеры, ячейки памяти, носители информации) триггеры, ячейки памяти, носители информации) лежит лежит явление оптической бистабильности.явление оптической бистабильности. Оптическая Оптическая бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия бистабильность - это одно из проявлений взаимодействия света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, света с веществом в нелинейных системах с обратной связью, при котором при котором определенной интенсивности и поляризации определенной интенсивности и поляризации падающего на вещество излучения соответствуют двападающего на вещество излучения соответствуют два (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) (аналог 0 и 1 в полупроводниковых системах) возможных возможных стационарных состояния световой волны,стационарных состояния световой волны, прошедшей прошедшей через вещество, отличающихся амплитудой и (или) через вещество, отличающихся амплитудой и (или) параметрами поляризации.параметрами поляризации.

Причем предыдущее состояние вещества Причем предыдущее состояние вещества однозначно определяет, какое из двух состояний однозначно определяет, какое из двух состояний световой волны реализуется на выходе.световой волны реализуется на выходе. Для большего Для большего понимания явление оптической бистабильности можно понимания явление оптической бистабильности можно сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса сравнить с обычной петлей магнитного гистерезиса (эффект, используемый в магнитных носителях (эффект, используемый в магнитных носителях информации). информации). Увеличение интенсивности падающего на Увеличение интенсивности падающего на вещество светового луча до некоторого значения Iвещество светового луча до некоторого значения I1 1

приводит к резкому возрастанию интенсивности приводит к резкому возрастанию интенсивности прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении прошедшего луча; на обратном же ходе при уменьшении интенсивности падающего луча до некоторого значения Iинтенсивности падающего луча до некоторого значения I22 <I<I11 интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а интенсивность прошедшего луча остается постоянной, а затем резко падает. Таким образом, затем резко падает. Таким образом, интенсивности интенсивности падающего пучка I,падающего пучка I, значение которой находится в значение которой находится в пределах петли гистерезиса, пределах петли гистерезиса, соответствуют два соответствуют два значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих значения интенсивности прошедшего пучка, зависящих от предыдущего оптического состояния поглощающего от предыдущего оптического состояния поглощающего вещества. вещества.

Весь набор полностью оптических логических Весь набор полностью оптических логических устройств для синтеза более сложных блоков оптических устройств для синтеза более сложных блоков оптических компьютеров реализуется на основе пассивных компьютеров реализуется на основе пассивных нелинейных резонаторов-интерферометров.нелинейных резонаторов-интерферометров. В В зависимости от начальных условий (начального положения зависимости от начальных условий (начального положения пика пропускания и начальной интенсивности оптического пика пропускания и начальной интенсивности оптического излучения) излучения) в пассивном нелинейном резонаторе, в пассивном нелинейном резонаторе, нелинейный процесс завершается установлением одного нелинейный процесс завершается установлением одного из двух устойчивых состояний пропускания падающего из двух устойчивых состояний пропускания падающего излучения.излучения. А из нескольких нелинейных резонаторов можно А из нескольких нелинейных резонаторов можно собрать любой, более сложный логический элемент (триггер). собрать любой, более сложный логический элемент (триггер).

Элементы памяти оптического компьютера представляют Элементы памяти оптического компьютера представляют собой полупроводниковые нелинейные оптические собой полупроводниковые нелинейные оптические интерферометры, в основном, созданными из арсенида интерферометры, в основном, созданными из арсенида галлия (GaAs).галлия (GaAs). Минимальный размер оптического элемента Минимальный размер оптического элемента памяти определяется минимально необходимым числом памяти определяется минимально необходимым числом атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая атомов, для которого устойчиво наблюдается оптическая бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что бистабильность. Это число составляет ~1000 атомов, что соответствует 1-10 нанометрам. соответствует 1-10 нанометрам.

К настоящему времени уже созданы и К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров – оптические процессоры, ячейки компьютеров – оптические процессоры, ячейки памяти,памяти, однако до полной сборки еще далеко. однако до полной сборки еще далеко.

Основной проблемойОсновной проблемой, стоящей перед учеными, , стоящей перед учеными, является синхронизация работы отдельных элементов является синхронизация работы отдельных элементов оптического компьютера в единой системеоптического компьютера в единой системе, поскольку , поскольку уже существующие элементы характеризуются различными уже существующие элементы характеризуются различными параметрами рабочей волны светового излучения параметрами рабочей волны светового излучения (интенсивность, длина волны), (интенсивность, длина волны), ии уменьшение его уменьшение его размераразмера. . Если для конструирования оптического Если для конструирования оптического компьютера использовать уже разработанные компьютера использовать уже разработанные компоненты, то обычный PC имел бы размеры компоненты, то обычный PC имел бы размеры легкового автомобиля.легкового автомобиля.

Однако Однако применение оптического излучения в применение оптического излучения в качестве носителя информации имеет ряд качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществпотенциальных преимуществ по сравнению с по сравнению с электрическими сигналами, а именно: электрическими сигналами, а именно:

световые потоки, в отличие от электрических, могут световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом; пересекаться друг с другом;

световые потоки могут быть локализованы в световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении до нанометровых размеров и поперечном направлении до нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству; передаваться по свободному пространству;

скорость распространения светового сигнала выше скорость распространения светового сигнала выше скорости электрического; скорости электрического;

взаимодействие световых потоков с нелинейными взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы (по сравнению с электронными степени свободы (по сравнению с электронными системами) в организации связи и создании параллельных системами) в организации связи и создании параллельных архитектур. архитектур.

НейрокомпьютерНейрокомпьютер

Для решения некоторых задач требуется создание Для решения некоторых задач требуется создание эффективной системы искусственного интеллекта, которая эффективной системы искусственного интеллекта, которая могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много могла бы обрабатывать информацию, не затрачивая много вычислительных ресурсов. И разработчиков "осенило": вычислительных ресурсов. И разработчиков "осенило": мозг и нервная система живых организмов позволяют мозг и нервная система живых организмов позволяют решать задачи управления и эффективно обрабатывать решать задачи управления и эффективно обрабатывать сенсорную информацию, а это огромный плюс для сенсорную информацию, а это огромный плюс для создаваемых вычислительных систем.создаваемых вычислительных систем. Именно это Именно это послужило предпосылкой создания искусственных послужило предпосылкой создания искусственных вычислительных систем на базе нейронных систем живого вычислительных систем на базе нейронных систем живого мира. Специалисты, добившись нужных результатов в этой мира. Специалисты, добившись нужных результатов в этой области, создадут компьютер с большими возможностями. области, создадут компьютер с большими возможностями.

Создание компьютера на основе нейронных систем Создание компьютера на основе нейронных систем живого мира базируется на теории перцептронов, живого мира базируется на теории перцептронов, разработчиком которой был Розенблатт. разработчиком которой был Розенблатт.

Он предложил Он предложил понятие перцептрона - искусственной понятие перцептрона - искусственной нейронной сети, которая может обучаться нейронной сети, которая может обучаться распознаванию образов.распознаванию образов.

Перспективность создания компьютеров по теории Перспективность создания компьютеров по теории Розенблатта состоит в том, что Розенблатта состоит в том, что структуры, имеющие структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, имеют ряд свойства мозга и нервной системы, имеют ряд особенностей, которые сильно помогают при решении особенностей, которые сильно помогают при решении сложных задач: сложных задач:

параллельность обработки информации;параллельность обработки информации;способность к обучению;способность к обучению;способность к автоматической классификации;способность к автоматической классификации;высокая надежность;высокая надежность;ассоциативность. ассоциативность. Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип Нейрокомпьютеры - это совершенно новый тип

вычислительной техники, иногда их называют вычислительной техники, иногда их называют биокомпьютерами.биокомпьютерами. Нейрокомпьютеры можно строить на Нейрокомпьютеры можно строить на базе нейрочипов, которые функционально ориентированы базе нейрочипов, которые функционально ориентированы на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи. на конкретный алгоритм, на решение конкретной задачи.

Для решения задач разного типа требуется нейронная Для решения задач разного типа требуется нейронная сеть разной топологиисеть разной топологии (топология - специальное (топология - специальное расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути расположение вершин, в данном случае нейрочипов, и пути их соединения). Возможна их соединения). Возможна эмуляция нейрокомпьютеровэмуляция нейрокомпьютеров (моделирование) - как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, (моделирование) - как программно на ПЭВМ и суперЭВМ, так и так и программно-аппаратно на цифровых программно-аппаратно на цифровых супербольших интегральных схемах. супербольших интегральных схемах.

Искусственная нейронная сеть построена на Искусственная нейронная сеть построена на нейроноподобных элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных элементах - искусственных нейронах и нейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один нейроноподобных связях. Здесь важно заметить, что один искусственный нейрон может использоваться в работе искусственный нейрон может использоваться в работе нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов нескольких (приблизительно похожих) алгоритмов обработки информации в сети, и каждый алгоритм обработки информации в сети, и каждый алгоритм осуществляется при помощи некоторого количества осуществляется при помощи некоторого количества искусственных нейронов. искусственных нейронов.

Новая технология производства Новая технология производства компьютерных микросхемкомпьютерных микросхем

В компании Hewlett-Packard утверждают, что разработали методику В компании Hewlett-Packard утверждают, что разработали методику изготовления микросхем, которая позволит продлить действие закона изготовления микросхем, которая позволит продлить действие закона Мура по крайней мере на 50 лет.Мура по крайней мере на 50 лет.

По словам ученых, технология теоретически позволит По словам ученых, технология теоретически позволит создавать создавать сверхбыстродействующие микросхемысверхбыстродействующие микросхемы для для компьютеров следующего поколения. Другим достоинством компьютеров следующего поколения. Другим достоинством методики является относительно методики является относительно низкая себестоимость низкая себестоимость производства чипов, для изготовления которых производства чипов, для изготовления которых предполагается применять систему, напоминающую предполагается применять систему, напоминающую струйную печатьструйную печать..

Патент на предложенную технологию был получен компанией Патент на предложенную технологию был получен компанией Hewlett-Packard еще в 2003 году, однако доказать жизнеспособность Hewlett-Packard еще в 2003 году, однако доказать жизнеспособность методики исследователям удалось только сейчас.методики исследователям удалось только сейчас. Планируется, что Планируется, что первые гибридные микросхемы, содержащие и первые гибридные микросхемы, содержащие и транзисторы, и "нанозащелки", появятся на рынке в первой транзисторы, и "нанозащелки", появятся на рынке в первой половине следующего десятилетияполовине следующего десятилетия. Изготавливаться такие . Изготавливаться такие чипы будут, предположительно, по чипы будут, предположительно, по 32-нанометровой 32-нанометровой технологиитехнологии. . Коммерциализация новой методики намечена на 2020 г.Коммерциализация новой методики намечена на 2020 г.

Рис.Рис. Нанопереключатели Нанопереключатели для микросхем для микросхем следующего поколения следующего поколения

Суть новой технологии:Суть новой технологии:Вместо транзисторовВместо транзисторов исследователи НР предлагают исследователи НР предлагают

использовать так называемые использовать так называемые "защелки", состоящие из трех "защелки", состоящие из трех нанопроводников и двух молекулярных переключателейнанопроводников и двух молекулярных переключателей. Два . Два из этих проводников расположены параллельно друг другу и из этих проводников расположены параллельно друг другу и размещены над третьим под прямым углом. При этом размещены над третьим под прямым углом. При этом молекулярные переключатели служат для соединения молекулярные переключатели служат для соединения нанопроводников друг с другом. Причем нанопроводников друг с другом. Причем переключатели всегда переключатели всегда находятся в различных состояниях: один из них открыт, а находятся в различных состояниях: один из них открыт, а другой - закрыт, или наоборот. Эти комбинации и другой - закрыт, или наоборот. Эти комбинации и соответствуют логическим 0 и 1соответствуют логическим 0 и 1. .

(По материалам(По материалам: http://science.compulenta.ru Текст: Владимир Парамонов )Текст: Владимир Парамонов )

НанотранзисторНанотранзистор

Производство нанотранзистораПроизводство нанотранзистора

НанотранзисторНанотранзистор

ТранзисторТранзисторНа нанотрубкахНа нанотрубках

Нанотранзистор Philips использует Нанотранзистор Philips использует эффект сверхпроводимостиэффект сверхпроводимости

Новые транзисторы состоят из арсенида индия и Новые транзисторы состоят из арсенида индия и алюминиевых сверхпроводящих контактов, а заряд алюминиевых сверхпроводящих контактов, а заряд переносится не электронами, а куперовскими парамипереносится не электронами, а куперовскими парами, , заявляет Philips. Последние представляют собой заявляет Philips. Последние представляют собой спаренные электроны с противоположно спаренные электроны с противоположно направленными спинаминаправленными спинами. Как и в случае с обычными . Как и в случае с обычными полевыми транзисторами, в новых элементах полевыми транзисторами, в новых элементах ток в ток в канале между стоком и истоком регулируется канале между стоком и истоком регулируется напряжением на затворенапряжением на затворе. Известно, что эффекта . Известно, что эффекта сверхпроводимости можно достичь при очень низких сверхпроводимости можно достичь при очень низких температурах. При какой температуре элементы новых температурах. При какой температуре элементы новых транзисторов проявляют сверхпроводящие свойства, транзисторов проявляют сверхпроводящие свойства, разработчики не сообщают. разработчики не сообщают.

Арсенид-индиевые полупроводники размерами от 10 Арсенид-индиевые полупроводники размерами от 10 до 100 нм ученые получили с помощью сложного процесса до 100 нм ученые получили с помощью сложного процесса выпариваниявыпаривания. По заявлению Philips, новые транзисторы не . По заявлению Philips, новые транзисторы не только могут стать основой для сверхпроводящих электронных только могут стать основой для сверхпроводящих электронных наноцепей нового поколения, но и позволят более наноцепей нового поколения, но и позволят более основательно изучить явление квантового переноса. Подробно основательно изучить явление квантового переноса. Подробно свои исследования ученые собираются представить в одном из свои исследования ученые собираются представить в одном из выпусков журнала Science.выпусков журнала Science.

(По материалам сайта http://media.topping.com.ua/news)(По материалам сайта http://media.topping.com.ua/news)

Нанотранзистор на углеродных Нанотранзистор на углеродных нанотрубкахнанотрубках

О крупном достижении, О крупном достижении, "открытии, представляющем новое "открытии, представляющем новое мышление в наноэлектронике" мышление в наноэлектронике" отрапортовали исследователи из отрапортовали исследователи из двух американских университетов двух американских университетов — Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) — Калифорнии в Сан-Диего (UCSD) и Клемсона (Clemson University). и Клемсона (Clemson University). Им впервые удалось сделать Им впервые удалось сделать транзистор полностью из транзистор полностью из углеродных нанотрубок, углеродных нанотрубок, разветвлённых в форме буквы разветвлённых в форме буквы "Y"."Y". Размер нового Размер нового нанотранзистора — несколько нанотранзистора — несколько сотен микронсотен микрон — он примерно в — он примерно в 100 раз меньше компонентов, 100 раз меньше компонентов, используемых в сегодняшних используемых в сегодняшних микропроцессорах.микропроцессорах.

(Изображение из журнала New (Изображение из журнала New ScientistScientist По материалам: По материалам: http://www.chemport.ru/datenews.php)http://www.chemport.ru/datenews.php)

Транзистор из одной молекулыТранзистор из одной молекулыОтдельный атом на поверхности Отдельный атом на поверхности

кремниевого кристалла может быть кремниевого кристалла может быть целенаправленно заряжен, в то время, как целенаправленно заряжен, в то время, как окружающие его атомы остаются окружающие его атомы остаются электрически нейтральнымиэлектрически нейтральными. . Молекула, Молекула, помещенная рядом с заряженным атомом, помещенная рядом с заряженным атомом, испытывает его воздействие, что вызывает испытывает его воздействие, что вызывает электрический ток по молекуле от одного электрический ток по молекуле от одного полюса к другому. Ток, текущий через полюса к другому. Ток, текущий через молекулу, может быть "включен" и молекулу, может быть "включен" и "выключен" изменением состояния заряда "выключен" изменением состояния заряда смежного атомасмежного атома. Результаты эксперимента . Результаты эксперимента многообещающие и, как полагают, являются многообещающие и, как полагают, являются крупным научным достижением. Переход на крупным научным достижением. Переход на молекулярный уровень открывает потенциал молекулярный уровень открывает потенциал для электронных устройств неслыханной для электронных устройств неслыханной степени миниатюризации и энергетической степени миниатюризации и энергетической эффективности.эффективности.

(По материаламПо материалам: http://www.nanonewsnet.com/)

Интегральная схема на базе Интегральная схема на базе углеродных нанотрубок углеродных нанотрубок

ККорпорация IBM создала интегральную схему на базе орпорация IBM создала интегральную схему на базе углеродных нанотрубок раньше NEC, обещавшей сделать это к углеродных нанотрубок раньше NEC, обещавшей сделать это к 2010 году. 2010 году.

«Интегральная схема» IBM представляет собой «Интегральная схема» IBM представляет собой пятикаскадный циклический генератор, построенный на 12 пятикаскадный циклический генератор, построенный на 12 полевых транзисторах, выполненных на одной и той же полевых транзисторах, выполненных на одной и той же углеродной нанотрубкеуглеродной нанотрубке. Аналог комплементарной структуры . Аналог комплементарной структуры металл-окисел-полупроводник был получен «регулировкой» металл-окисел-полупроводник был получен «регулировкой» функциональности отдельных полевых транзисторов p— и n-функциональности отдельных полевых транзисторов p— и n-типов. Углеродные нанотрубки известны своими выдающимися типов. Углеродные нанотрубки известны своими выдающимися электрическими свойствами — по данным IBM, электрическими свойствами — по данным IBM, длина длина свободного пробега электрона в них при комнатной свободного пробега электрона в них при комнатной температуре достигает нескольких сот нанометровтемпературе достигает нескольких сот нанометров..

Кроме того, IBM сообщает о том, что Кроме того, IBM сообщает о том, что параметры передачи параметры передачи постоянного тока у транзисторов на нанотрубках намного постоянного тока у транзисторов на нанотрубках намного лучше, чем у самых современных кремниевых устройств.лучше, чем у самых современных кремниевых устройств. Научившись создавать много транзисторов на одной нанотрубке Научившись создавать много транзисторов на одной нанотрубке и умея их синтезировать, осталось научиться их «упаковывать» и умея их синтезировать, осталось научиться их «упаковывать» в корпус — и в распоряжении разработчиков появятся первые в корпус — и в распоряжении разработчиков появятся первые интегральные микросхемы на нанотрубках. интегральные микросхемы на нанотрубках.

Трудно сказать, стал ли последний успех IBM последней Трудно сказать, стал ли последний успех IBM последней «каплей в море» или IEEE пришла к решению самостоятельно, «каплей в море» или IEEE пришла к решению самостоятельно, но в институте решили, что но в институте решили, что наступила пора стандартизовать наступила пора стандартизовать нанотехнологиинанотехнологии, и выступили с «дорожной картой стандартов , и выступили с «дорожной картой стандартов нанотехнологий» нанотехнологий» (Nanoelectronics Standards Roadmap).(Nanoelectronics Standards Roadmap).

Наноустройство хранения данныхНаноустройство хранения данныхIBM создала прототип устройства IBM создала прототип устройства

памяти "многоножка" (Millipede), памяти "многоножка" (Millipede), первое наноустройство хранения первое наноустройство хранения данныхданных. Компания ожидает, что эта . Компания ожидает, что эта переломная технология завоюет переломная технология завоюет рынок к 2006 или 2007 году. Новинка рынок к 2006 или 2007 году. Новинка состоит из записывающей состоит из записывающей матрицы манипуляторов, матрицы манипуляторов, включающей в себя 4096 включающей в себя 4096 кантилеверов, выполненных как кантилеверов, выполненных как устройства чтения-записиустройства чтения-записи (подобные кантилеверы (подобные кантилеверы используются сейчас в электронных и используются сейчас в электронных и атомно-силовых микроскопах). У атомно-силовых микроскопах). У прототипа пока вчетверо меньше прототипа пока вчетверо меньше кантилеверов, но это не мешает кантилеверов, но это не мешает сделать вывод о благоприятных сделать вывод о благоприятных рыночных перспективах продукта.рыночных перспективах продукта.

Теоретически квадратный чип Теоретически квадратный чип с длиной стороны 2,4 см может с длиной стороны 2,4 см может хранить до 125 Гб данныххранить до 125 Гб данных, что , что эквивалентно емкости 25 дисков эквивалентно емкости 25 дисков формата DVD. формата DVD.

(Перевод: аналитик http://www.nanonewsnet.ru (Перевод: аналитик http://www.nanonewsnet.ru Свидиненко Юрий Свидиненко Юрий По материалам http://www.smalltimes.com)По материалам http://www.smalltimes.com)

Магнитная flash-память на основе Магнитная flash-память на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок

Матрица ячеек памяти из Матрица ячеек памяти из нанотрубокнанотрубок

http://www.nanonewsnet.com

Архитектура flash-памятиАрхитектура flash-памяти на основе на основе нанотрубокнанотрубок довольно проста: довольно проста: каждая ячейка каждая ячейка памяти состоит из двух пересекающихся памяти состоит из двух пересекающихся нанотрубок, содержащихся внутри примеси нанотрубок, содержащихся внутри примеси железа, или помещенных в ферромагнитное железа, или помещенных в ферромагнитное окружениеокружение. В нанопамяти роль слоев будут играть . В нанопамяти роль слоев будут играть пересекающиеся нанотрубки, магнитную пересекающиеся нанотрубки, магнитную ориентацию которых можно будет менять с ориентацию которых можно будет менять с помощью электрических импульсов различной помощью электрических импульсов различной полярности. А полярности. А считывать логическое состояние считывать логическое состояние "1" или "0" будут более слабые электрические "1" или "0" будут более слабые электрические сигналы определенной полярностисигналы определенной полярности. Таким . Таким образом, образом, если магнитная ориентация если магнитная ориентация нанотрубок установлена противоположно нанотрубок установлена противоположно посылаемому импульсу считыванияпосылаемому импульсу считывания, то по , то по низкой величине тока импульса будет низкой величине тока импульса будет определяться значение определяться значение "0"."0". И наоборот - И наоборот - если если магнитная ориентация нанотрубок совпадает с магнитная ориентация нанотрубок совпадает с направлением электронов в импульсенаправлением электронов в импульсе, то , то амплитуда тока импульса будет соответствовать амплитуда тока импульса будет соответствовать логической логической "1"."1". Полученная память будет Полученная память будет энергонезависимой.энергонезависимой.

Компьютерное моделирование в Компьютерное моделирование в молекулярной нанотехнологиимолекулярной нанотехнологии

Основным стратегическим направлением Основным стратегическим направлением современных работ в области молекулярной современных работ в области молекулярной нанотехнологии является нанотехнологии является созданиесоздание так так называемого называемого молекулярного ассемблерамолекулярного ассемблера - - молекулярной машины, способной собирать молекулярной машины, способной собирать другие молекулярные машиныдругие молекулярные машины. Из . Из опубликованных в открытой печати проектов опубликованных в открытой печати проектов таких машин наиболее детально проработанным таких машин наиболее детально проработанным и обоснованным является проект ассемблера, и обоснованным является проект ассемблера, разработанный в Xerox Corporation. Проект разработанный в Xerox Corporation. Проект предусматривает два подхода к молекулярной предусматривает два подхода к молекулярной нанотехнологии: нанотехнологии: диамондоидный и диамондоидный и фуллереновыйфуллереновый. Работа предлагаемого . Работа предлагаемого ассемблера основана на использовании ассемблера основана на использовании двойной треноги (double tripod) - двойной треноги (double tripod) - молекулярного позиционирующего молекулярного позиционирующего устройства с шестью степенями свободы, устройства с шестью степенями свободы, своеобразного молекулярного аналога руки своеобразного молекулярного аналога руки роботаробота..

(По материалам: (По материалам: http://offline.computerra.ru/ИГОРЬ БАСКИН ИГОРЬ БАСКИН Опубликовано в журнале Опубликовано в журнале "Компьютерра" "Компьютерра" №№41 от 13 октября 1997 года )41 от 13 октября 1997 года )

Дисплей на нанотрубках Дисплей на нанотрубках фирмы фирмы MotorolaMotorola

Motorola продемонстрировала Motorola продемонстрировала действующий прототип действующий прототип нового нового цветного дисплея, в котором цветного дисплея, в котором используется множество используется множество микроскопических нитей, микроскопических нитей, называемых углеродными называемых углеродными нанотрубкаминанотрубками. Прототип Motorola . Прототип Motorola имеет размер имеет размер 4,7 дюйма по 4,7 дюйма по диагонали и дает оптическое диагонали и дает оптическое разрешение в 128 х 96 пикселейразрешение в 128 х 96 пикселей. . Он должен стать элементом 42-Он должен стать элементом 42-дюймового телевизионного экрана дюймового телевизионного экрана высокой четкости изображения с высокой четкости изображения с разрешением разрешением 1280 х 720 1280 х 720 пикселейпикселей. В NED в качестве . В NED в качестве источника электронов источника электронов используются углеродные используются углеродные нанотрубки.нанотрубки.

http://www.nanonewsnet.com/http://www.nanonewsnet.com/Принцип действия дисплея NCDПринцип действия дисплея NCD

Создание молекулярных моторов, Создание молекулярных моторов, использующих различные принципы использующих различные принципы действия - уже далеко не новость. действия - уже далеко не новость. Однако совсем недавно химикам из Однако совсем недавно химикам из Нидерландов Нидерландов удалось синтезировать удалось синтезировать молекулярный ротор, с помощью молекулярный ротор, с помощью которого можно будет создать которого можно будет создать сложную матрицу актюаторов, сложную матрицу актюаторов, приводящихся в движение светомприводящихся в движение светом. . Ранее исследователи могли делать Ранее исследователи могли делать только одиночные химические и только одиночные химические и биологические роторы, поэтому это биологические роторы, поэтому это открытие позволяет по-новому открытие позволяет по-новому взглянуть на будущее развитие НЭМС взглянуть на будущее развитие НЭМС и актюаторов в частности. и актюаторов в частности.

http://www.nanonewsnet.com/ Written by: Written by: Свидиненко ЮрийСвидиненко Юрий

Матрица наномоторов, вращающихся Матрица наномоторов, вращающихся от квантов светаот квантов света

Нанотехнологии в медицинеНанотехнологии в медицинеС наступлением эры нанотехнологий диагностика С наступлением эры нанотехнологий диагностика

кровеносной системы может претерпеть изменения. Это кровеносной системы может претерпеть изменения. Это связано, в первую очередь, с появлением новых методов связано, в первую очередь, с появлением новых методов мониторинга состояния кровеносных сосудов. Недавно мониторинга состояния кровеносных сосудов. Недавно ученым из университета Пэрдью ученым из университета Пэрдью удалось использовать удалось использовать короткие отрезки нанопроводников (наноштыри) в короткие отрезки нанопроводников (наноштыри) в лазерном сканировании кровеносных сосудовлазерном сканировании кровеносных сосудов.  . 

Биологи из Стэнфордского университета Биологи из Стэнфордского университета сконструировали сконструировали новый тип микроскопа, позволяющий новый тип микроскопа, позволяющий исследовать белок в  реальном времениисследовать белок в  реальном времени, получая , получая информацию о его структуре с точностью до отдельных информацию о его структуре с точностью до отдельных атомов. Как объяснили ученые сверхточный инструмент атомов. Как объяснили ученые сверхточный инструмент предназначен, в первую очередь, для изучения процесса предназначен, в первую очередь, для изучения процесса копирования отдельных генов с молекулы ДНК. копирования отдельных генов с молекулы ДНК. http://www.nanonewsnet.com/http://www.nanonewsnet.com/

Written by: Свидиненко ЮрийWritten by: Свидиненко Юрий

Наножгутик Наножгутик для медицинских роботовдля медицинских роботов

Исследователи из Швейцарского федерального Исследователи из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе разработали новый технологического института в Цюрихе разработали новый движитель для сверхминиатюрных устройств, движитель для сверхминиатюрных устройств, передвигающихся в жидкой средепередвигающихся в жидкой среде. Как сообщает . Как сообщает Technology Review, Technology Review, его размерыего размеры составляют всего составляют всего 27 нм в 27 нм в толщину и 40 мкм в длинутолщину и 40 мкм в длину, а по внешнему виду , а по внешнему виду "нанопропеллер" больше всего напоминает штопор. "нанопропеллер" больше всего напоминает штопор.

По принципу действия "нанопропеллер" аналогичен По принципу действия "нанопропеллер" аналогичен жгутикам бактерий. жгутикам бактерий. Вращаясь во внешнем магнитном Вращаясь во внешнем магнитном поле со скоростью около 60 оборотов в минуту, он поле со скоростью около 60 оборотов в минуту, он позволяет достигать скорости около 5 мкм/спозволяет достигать скорости около 5 мкм/с. Для . Для сравнения, жгутики бактерий могут вращаться сравнения, жгутики бактерий могут вращаться значительно быстрее - до тысячи оборотов в минуту. В значительно быстрее - до тысячи оборотов в минуту. В перспективе "нанопропеллеры" смогут использоваться в перспективе "нанопропеллеры" смогут использоваться в медицинских микророботах.медицинских микророботах.

Наножгутик Наножгутик для медицинских роботовдля медицинских роботов

28 апреля 2007 года, Текст: Иван Карташев. http://science.compulenta.ru/316427/28 апреля 2007 года, Текст: Иван Карташев. http://science.compulenta.ru/316427/

Созданы наноножницы для работы с Созданы наноножницы для работы с молекуламимолекулами

Японские ученые из Японские ученые из Токийского университета создали создали микроскопические ножницы длиной всего в три нанометра, микроскопические ножницы длиной всего в три нанометра, предназначенные для работы с молекуламипредназначенные для работы с молекулами. .

Как и настоящие ножницы, наноинструмент, разработанный Как и настоящие ножницы, наноинструмент, разработанный в Японии, состоит из лезвий, рукояток и центрального стержня. в Японии, состоит из лезвий, рукояток и центрального стержня. Лезвия представляют собой кольца из углерода и водородаЛезвия представляют собой кольца из углерода и водорода, , известные как фенильные группы. известные как фенильные группы. Роль центрального Роль центрального стержня, вокруг которого вращаются лезвия, играет стержня, вокруг которого вращаются лезвия, играет молекула хирального ферроценамолекула хирального ферроцена. Эта молекула состоит из . Эта молекула состоит из атома железа и двух свободно поворачивающихся вокруг него атома железа и двух свободно поворачивающихся вокруг него плоских углеродных колец. Наконец, плоских углеродных колец. Наконец, в качестве рукояток были в качестве рукояток были использованыиспользованы так называемые так называемые фениленовые группы, фениленовые группы, связанные друг с другом молекулой азобензола, связанные друг с другом молекулой азобензола, реагирующей на свет. реагирующей на свет.

Работают микроскопические ножницы следующим Работают микроскопические ножницы следующим образомобразом. . При облучении наноинструмента ультрафиолетовым светом При облучении наноинструмента ультрафиолетовым светом молекула азобензола сжимается, в результате чего рукоятки и лезвия молекула азобензола сжимается, в результате чего рукоятки и лезвия сдвигаются. Для того чтобы раскрыть ножницы, молекулу азобензола сдвигаются. Для того чтобы раскрыть ножницы, молекулу азобензола необходимо подвергнуть воздействию видимого света. необходимо подвергнуть воздействию видимого света.

Предполагается, что в перспективе наноножницы Предполагается, что в перспективе наноножницы будут использоваться при манипуляциях с генами, будут использоваться при манипуляциях с генами, белками и другими молекулами. Правда, пока созданный белками и другими молекулами. Правда, пока созданный японскими учеными инструмент не способен разрезать японскими учеными инструмент не способен разрезать молекулы и может лишь выполнять функции пинцета. молекулы и может лишь выполнять функции пинцета. Исследователи уже работают над более крупной версией Исследователи уже работают над более крупной версией ножниц-пинцета, которыми можно было бы управлять ножниц-пинцета, которыми можно было бы управлять удаленно.удаленно.

Нанотехнологии толкают мирНанотехнологии толкают мир к революции к революции (По материалам сайта(По материалам сайта

http://www.transhumanism-russia.ru)http://www.transhumanism-russia.ru)

На долю США ныне приходится примерно треть всех На долю США ныне приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные игроки на этом поле - Европейский Союз (примерно 15%) и игроки на этом поле - Европейский Союз (примерно 15%) и Япония (20%). Исследования в этой сфере активно ведутся Япония (20%). Исследования в этой сфере активно ведутся также в странах бывшего СССР, Австралии, Канаде, Китае, также в странах бывшего СССР, Австралии, Канаде, Китае, Южной Корее, Израиле, Сингапуре и Тайване. Если Южной Корее, Израиле, Сингапуре и Тайване. Если в 2000 в 2000 годугоду суммарные затраты стран мира на подобные суммарные затраты стран мира на подобные исследования составили примерно исследования составили примерно $800 млн$800 млн., то в 2001 ., то в 2001 году они увеличились вдвое. По мнению экспертов, чтобы году они увеличились вдвое. По мнению экспертов, чтобы нанотехнологии стали реальностью, нанотехнологии стали реальностью, ежегодно ежегодно необходимо тратить не менее $1 трлннеобходимо тратить не менее $1 трлн. .

На развитие инфраструктуры отрасли На развитие инфраструктуры отрасли нанотехнологий правительство Российской федерации нанотехнологий правительство Российской федерации намерено выделить 28 миллиардов рублейнамерено выделить 28 миллиардов рублей. (РИА . (РИА "Новости", 19 апреля 2007 года). "Новости", 19 апреля 2007 года).

По прогнозам Национальной Инициативы в Области По прогнозам Национальной Инициативы в Области Нанотехнологии США\National Nanotechnology Initiative, Нанотехнологии США\National Nanotechnology Initiative, развитие ненотехнологий через 10-15 лет позволит развитие ненотехнологий через 10-15 лет позволит создать новую отрасль экономики с оборотом в $15 создать новую отрасль экономики с оборотом в $15 млрд. и примерно 2 млн. рабочих местмлрд. и примерно 2 млн. рабочих мест. Ряд . Ряд нанотехнологий используется на практике - к примеру, при нанотехнологий используется на практике - к примеру, при изготовлении цифровых видеодисков (DVD).изготовлении цифровых видеодисков (DVD).

В области медицины возможно создание роботов-В области медицины возможно создание роботов-врачей,врачей, которые способны "жить" внутри человеческого которые способны "жить" внутри человеческого организма, устраняя все возникающие повреждения, или организма, устраняя все возникающие повреждения, или предотвращая их возникновение. предотвращая их возникновение. Теоретически Теоретически нанотехнологии способны обеспечить человеку нанотехнологии способны обеспечить человеку физическое бессмертиефизическое бессмертие, за счет того, что наномедицина , за счет того, что наномедицина сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. сможет бесконечно регенерировать отмирающие клетки. По прогнозам журнала Scientific American уже в ближайшем По прогнозам журнала Scientific American уже в ближайшем будущем появятся медицинские устройства, размером с будущем появятся медицинские устройства, размером с почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. почтовую марку. Их достаточно будет наложить на рану. Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, Это устройство самостоятельно проведет анализ крови, определит, какие медикаменты необходимо использовать и определит, какие медикаменты необходимо использовать и впрыснет их в кровь.впрыснет их в кровь.

Ожидается, что уже Ожидается, что уже в 2025 году появятся первые в 2025 году появятся первые роботыроботы, , созданные на основе нанотехнологийсозданные на основе нанотехнологий. . Теоретически возможно, что Теоретически возможно, что они будут способны они будут способны конструировать из готовых атомов любой предметконструировать из готовых атомов любой предмет. . Нанотехнологии способны произвести революцию в Нанотехнологии способны произвести революцию в сельском хозяйстве. сельском хозяйстве. Молекулярные роботы способны Молекулярные роботы способны будут производить пищубудут производить пищу, заменив сельскохозяйственные , заменив сельскохозяйственные растения и животных. К примеру, теоретически возможно растения и животных. К примеру, теоретически возможно производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное производить молоко прямо из травы, минуя промежуточное звено - корову. звено - корову. Нанотехнологии способныНанотехнологии способны также также стабилизировать экологическую обстановкустабилизировать экологическую обстановку. Новые . Новые виды промышленности не будут производить отходов, виды промышленности не будут производить отходов, отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожать отравляющих планету, а нанороботы смогут уничтожать последствия старых загрязнений. Невероятные последствия старых загрязнений. Невероятные перспективы открываются также в области перспективы открываются также в области информационных технологий. информационных технологий. Нанороботы способны Нанороботы способны воплотить в жизнь мечту фантастов о колонизации воплотить в жизнь мечту фантастов о колонизации иных планет - эти устройства смогут создать на них иных планет - эти устройства смогут создать на них среду обитания, необходимую для жизни человека.среду обитания, необходимую для жизни человека.

Нанотехнологии имеют и Нанотехнологии имеют и блестящее военное блестящее военное будущеебудущее. Военные исследования в мире ведутся в шести . Военные исследования в мире ведутся в шести основных сферах: технологии создания и противодействия основных сферах: технологии создания и противодействия "невидимости" (известны самолеты-невидимки, созданные "невидимости" (известны самолеты-невидимки, созданные на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, на основе технологии stealth), энергетические ресурсы, самовосстанавливающиеся системы (например, самовосстанавливающиеся системы (например, позволяющие автоматически чинить поврежденную позволяющие автоматически чинить поврежденную поверхность танка или самолета), связь, а также поверхность танка или самолета), связь, а также устройства обнаружения химических и биологических устройства обнаружения химических и биологических загрязнений. На военные наноисследования в 2003 году загрязнений. На военные наноисследования в 2003 году США планировали потратить $201 млн. Как США планировали потратить $201 млн. Как предполагается, в 2008 году будут представлены первые предполагается, в 2008 году будут представлены первые боевые наномеханизмы.боевые наномеханизмы.

Производители уже получают первые заказы на Производители уже получают первые заказы на наноустройства. К примеру, армия США заказала компании наноустройства. К примеру, армия США заказала компании Friction Free Technologies разработку военной формы Friction Free Technologies разработку военной формы будущего. будущего.

Нанотехнологии позволят людям Нанотехнологии позволят людям передвигаться по стенампередвигаться по стенам

Итальянские исследователи из Политехнического Итальянские исследователи из Политехнического университета в Турине изучают возможность университета в Турине изучают возможность создания создания специальных перчаток и ботинокспециальных перчаток и ботинок, надев которые, , надев которые, люди люди смогут передвигаться по вертикальным поверхностямсмогут передвигаться по вертикальным поверхностям без дополнительного альпинистского снаряжения. без дополнительного альпинистского снаряжения.

Принцип действия необычных перчаток и ботинок Принцип действия необычных перчаток и ботинок ученые намерены позаимствовать у природы, а именно, у ученые намерены позаимствовать у природы, а именно, у небольших ящериц-герконов. Герконы способны небольших ящериц-герконов. Герконы способны взбираться по вертикальным и даже наклоненным в взбираться по вертикальным и даже наклоненным в обратную сторону гладким стенам благодаря миллионам обратную сторону гладким стенам благодаря миллионам крошечных волосков на лапках. Каждый волосок имеет крошечных волосков на лапках. Каждый волосок имеет около тысячи микроскопических подушечек, около тысячи микроскопических подушечек, соединяющихся с поверхностью на молекулярном уровне соединяющихся с поверхностью на молекулярном уровне (действуют силы Ван дер Ваальса). (действуют силы Ван дер Ваальса).

Итальянские исследователи, проводящие работы под Итальянские исследователи, проводящие работы под руководством Николы Пуньо, в руководством Николы Пуньо, в качестве микроскопических качестве микроскопических волосков намерены использовать углеродные нанотрубки. волосков намерены использовать углеродные нанотрубки. Предполагается, что миллионы нанотрубок, размещенных Предполагается, что миллионы нанотрубок, размещенных на подошвах ботинок и перчатках, будут обеспечивать на подошвах ботинок и перчатках, будут обеспечивать достаточное сцепление с поверхностью для удержания достаточное сцепление с поверхностью для удержания человека. человека.

Более того, команда Пуньо также рассматривает Более того, команда Пуньо также рассматривает возможность создания из нанотрубок тончайших, но вместе с возможность создания из нанотрубок тончайших, но вместе с тем очень прочных кабелей, способных удерживать большой тем очень прочных кабелей, способных удерживать большой вес. Если все идеи итальянских исследователей будут вес. Если все идеи итальянских исследователей будут реализованы на практике, то человека-паука можно будет реализованы на практике, то человека-паука можно будет увидеть не только на страницах комиксов и в фантастических увидеть не только на страницах комиксов и в фантастических фильмах. Результаты исследований, как сообщает CNET News, фильмах. Результаты исследований, как сообщает CNET News, итальянские ученые намерены обнародовать в следующем итальянские ученые намерены обнародовать в следующем выпуске журнала физики (Journal of Physics: Condensed Matter). выпуске журнала физики (Journal of Physics: Condensed Matter).

28 апреля 2007 года, 14:34 28 апреля 2007 года, 14:34 Текст: Владимир Парамонов http://science.compulenta.ru/317016/Текст: Владимир Парамонов http://science.compulenta.ru/317016/

http://science.compulenta.ru/nanotechnology/http://science.compulenta.ru/nanotechnology/Благодаря нанотехнологиям литий-серные батареи выходят Благодаря нанотехнологиям литий-серные батареи выходят

на новый уровеньна новый уровень Были созданы взаимосвязанные

сферические мезопористые углеродные наночастицы, характеризующиеся широкими порами с размером от 3 до 6 нм, которые позволяют распределить молекулы серы максимально равномерно по всей углеродной сетке. В этом случае, практически каждая молекула серы доступна для взаимодействия с ионами лития и одновременно достигается максимальный контакт между серой и проводящим углеродом. Учёным удалось достичь начальной ёмкости в 1 200 мА•ч/г и достойной стабильности циклов перезарядки.

Литий-серная батарея. Показаны упорядоченные мезопористые углеродные наночастицы, заполненные молекулами серы (жёлтые).

Углеродные нанотрубки демонстрируют Углеродные нанотрубки демонстрируют загадочный эффект «удалённого загадочный эффект «удалённого

электрического нагрева»электрического нагрева»

Группа исследователей из Мэрилендского университета в Колледж-Парке (США) обнаружила: когда электрический ток проходит через углеродные нанотрубки, объекты, расположенные неподалёку, нагреваются, в то время как сами нанотрубки остаются прохладными.

«Мы считаем, что из-за тока электроны нанотрубки создают электрические поля, и атомы подложки непосредственно реагируют на них, — поясняет г-н Камингс. — Передача энергии происходит именно таким образом, а не потому, что электроны нанотрубки отскакивают от атомов подложки. Хотя и существуют некоторые аналогии с микроволновой печью, физика этих явлений на самом деле очень разная».

Г-н Балоч добавляет, что удалённый электрический нагрев может иметь далекоидущие последствия для вычислительной техники. «В настоящее время производительность компьютерного процессора ограничивается его частотой, а последняя лимитируется тем, что процессор нагревается, — рассуждает исследователь. — Если найти способ избавляться от тепла более эффективно, он будет работать быстрее. Транзистор, который не рассеивает энергию в виде тепла, как нанотрубки в нашем эксперименте, мог бы всё изменить».

Нанотехнологии позволяют создавать керамические Нанотехнологии позволяют создавать керамические нанолисты с удивительными свойстваминанолисты с удивительными свойствами

Материаловеды из Корнеллского университета (США) Материаловеды из Корнеллского университета (США) представили недорогой и экологичный метод синтеза керамических представили недорогой и экологичный метод синтеза керамических листов, толщиной в несколько нанометров, обладающих набором листов, толщиной в несколько нанометров, обладающих набором редчайших свойств, которые будут полезны как для электроники, так и редчайших свойств, которые будут полезны как для электроники, так и для приложений в области альтернативной энергетики. Кристаллы для приложений в области альтернативной энергетики. Кристаллы оксида натрия-кобальта длиной в миллиметр и толщиной в 20 оксида натрия-кобальта длиной в миллиметр и толщиной в 20 нанометров получены с помощью нового метода, который объединяет нанометров получены с помощью нового метода, который объединяет традиционный золь-гель-синтез со стадией электрокинетического традиционный золь-гель-синтез со стадией электрокинетического расслоения. При этом образовывались уложенные стопочкой листы расслоения. При этом образовывались уложенные стопочкой листы кристаллического смешанного оксида суммарной толщиной в десятки кристаллического смешанного оксида суммарной толщиной в десятки тысяч слоёв. тысяч слоёв.

По словам Ричарда Робинсона, По словам Ричарда Робинсона, лидера научной группы, лидера научной группы, работающей над проектом, работающей над проектом, полученный материал обладает полученный материал обладает захватывающими свойствами, захватывающими свойствами, включая включая термоэлектродвижущую силу, термоэлектродвижущую силу, высокую электрическую высокую электрическую проводимость и проводимость и сверхпроводимость. сверхпроводимость.

Самособирающееся высокопроводящее нановолокно — Самособирающееся высокопроводящее нановолокно — будущее современной электроникибудущее современной электроники

Недорогие и лёгкие в обращении, в отличие от углеродных Недорогие и лёгкие в обращении, в отличие от углеродных нанотрубок, нановолокна объединили в себе достоинства двух типов нанотрубок, нановолокна объединили в себе достоинства двух типов материалов, используемых в качестве электрических проводников — материалов, используемых в качестве электрических проводников — металлов и органических полимеров. Своими выдающимися металлов и органических полимеров. Своими выдающимися электрическими свойствами нанопровода похожи именно на металлы. электрическими свойствами нанопровода похожи именно на металлы. При этом они так же легки и гибки, как пластик; это делает реальным При этом они так же легки и гибки, как пластик; это делает реальным возможность решения одной из самых трудных и важных задач возможность решения одной из самых трудных и важных задач электроники XXI века — электроники XXI века — миниатюризации всех компонентов до миниатюризации всех компонентов до наноразмерного уровня.наноразмерного уровня.

Учёные из Института Шарля Учёные из Института Шарля Садрона при Национальном Садрона при Национальном научно-исследовательском научно-исследовательском центре (CNRS) и Страсбургского центре (CNRS) и Страсбургского университета (Франция) создали университета (Франция) создали высокопроводящие пластиковые высокопроводящие пластиковые волокна толщиной в несколько волокна толщиной в несколько нанометров. Неожиданным и нанометров. Неожиданным и одновременно удивительным одновременно удивительным свойством полученных свойством полученных нанопроводков оказалась их нанопроводков оказалась их способность к самосборке под способность к самосборке под действием ярких вспышек света.действием ярких вспышек света.

Графеноподобный материал революционизирует Графеноподобный материал революционизирует электронную промышленностьэлектронную промышленность

Будучи наследником графена, GraphExeter намного более гибок, чем индий-Будучи наследником графена, GraphExeter намного более гибок, чем индий-оловянный оксид (ITO), который является основным проводящим материалом, оловянный оксид (ITO), который является основным проводящим материалом, использующимся сегодня в электронике там, где необходима прозрачность использующимся сегодня в электронике там, где необходима прозрачность электрода. Но ITO становится всё дороже, а его ограниченные природные электрода. Но ITO становится всё дороже, а его ограниченные природные ресурсы, как ожидается, закончатся к 2017 году. Графен является самым тонким ресурсы, как ожидается, закончатся к 2017 году. Графен является самым тонким материалом, способным проводить электрический ток. Он гибок и одновременно материалом, способным проводить электрический ток. Он гибок и одновременно считается одним из самых прочных материалов. Для создания GraphExeter считается одним из самых прочных материалов. Для создания GraphExeter научная группа из научная группа из Университета Эксетера (Великобритания) расположила (Великобритания) расположила молекулы хлорида железа (III) между двумя слоями графена на манер молекулы хлорида железа (III) между двумя слоями графена на манер гамбургера. Добавка из хлорида железа позволила значительно увеличить гамбургера. Добавка из хлорида железа позволила значительно увеличить проводимость графена без отрицательного влияния на его прозрачность.проводимость графена без отрицательного влияния на его прозрачность.

GraphExeter, материал, способный GraphExeter, материал, способный полностью изменить наше полностью изменить наше представление о создании представление о создании носимой электроники — носимой электроники — встроенных в одежду встроенных в одежду компьютеров, телефонов и MP3-компьютеров, телефонов и MP3-плееров. Он прекрасно подходит плееров. Он прекрасно подходит для «умных» окон или зеркал с для «умных» окон или зеркал с интерактивными свойствами. А интерактивными свойствами. А поскольку он ещё и прозрачен в поскольку он ещё и прозрачен в широком световом диапазоне, широком световом диапазоне, использование GraphExeter в использование GraphExeter в составе солнечных батарей может составе солнечных батарей может увеличить их эффективность увеличить их эффективность более чем на 30%. более чем на 30%.