Компьютер будущего: «нейроны» из нанопроводов

Ученые разработали невероятно маленький энергонезависимый процессор, который открывает путь к сверхпроизводительной компактной электронике.

Междисциплинарная группа ученых и инженеров из MITRE Corporation и Гарвардского университета сделала ключевой шаг к созданию сверхкомпактных электронных вычислительных систем, которые разрешат проблему закона Мура. Как известно, этот закон гласит, что вычислительная мощность компьютеров удваивается каждые 2-3 года. По мнению экспертов, из-за ограниченных возможностей обычных литографических методов изготовления транзисторов, через 5 лет закон Мура перестанет работать. Проще говоря, совсем скоро современные компьютеры достигнут потолка производительности.

Чтобы решить эту проблему, ученые разработали и собрали крохотное наноэлектронное управляющее устройство, с самой плотной компоновкой из когда-либо созданных процессоров. Новое устройство, названное nanoFSM, имеет очень низкое энергопотребление и по размеру меньше, чем человеческая нервная клетка.

Устройство nanoFSM состоит из сотен нанопроводов-транзисторов, каждый из которых является переключателем толщиной в 10 тыс. раз меньше толщины человеческого волоса. Транзисторы из нанопроводов используют очень мало энергии, к тому же они являются энергонезависимыми, то есть сохраняют положение «вкл» или «выкл» при отключении питания.

Крохотный процессор nanoFSM состоит из нанопроводов-транзисторов, каждый из которых в 10 000 тоньше волоса. Подобная технология позволит резко уменьшить габариты электроники, ее энергопотребление и одновременно повысить производительность

В процессоре nanoFSM нанопровода-транзисторы собраны в цепи на нескольких «плитках», которые могут выполнять вычисления. Подобные устройства могут использоваться в крохотных вычислительных устройствах, например медицинских сенсорах, роботах-насекомых, сенсорах и т.п.

В 2011 году команда ученых и инженеров из MITRE Corporation и Гарвардского университета продемонстрировала одну «плитку» nanoFSM, способную выполнять простые логические операции. Теперь, удалось объединить несколько плиток в одно устройство, то есть, фактически, создать программируемый нанокомпьютер.

Сборка такого нанокомпьютера стала возможна благодаря значительному прогрессу в технологиях высокоточной сборки плотных массивов из элементов наноразмерной величины. Кроме того, ученые научились изготавливать несколько копий nanoFSM за один раз, используя технологию так называемой сборки «снизу-вверх», то есть группируя отдельные атомы или молекулы в готовое изделие.

Современные технологии производства процессоров используют другую технологию, сборку «сверху-вниз», то есть изготовление миниатюрных цепей из крупной заготовки. В отличие от нее, технология сборки «снизу-вверх» имеет массу преимуществ, не удивительно, что ее использует и живая природа - для построения живых клеток.

Разработчики полагают, что технология nanoFSM поступит в массовое производство через 5-10 лет, как раз ко времени, когда текущая электроника достигнет предела своего совершенства. Переход на наноэлектронику позволит существенно снизить энергопотребление и повысить вычислительную мощь современных электронных устройств. Также будет открыта дорога для многих перспективных направлений, например микророботов, имплантируемых сенсоров, нейроинтерфейсов и др.