Будущие профессии транзистора

Чтобы лучше понять, что ждет транзистор (а вместе с ним и нас) в будущем, мы обратились за консультацией к эксперту — главному редактору еженедельного журнала «Computer Weekly» Владиславу Иосифовичу Шершульскому. У информационного агентства «ИнфоАрт» {* Это компания, само существование которой было бы невозможно без использования новейших высокотехнологичных разработок. Уже семь лет ома издает солидный печатный еженедельник для «корпоративных читателей то есть для тех, кто применяет информационные системы в своей работе. Но кроме того, «ИнфоАрт» создал и развивает самые популярные ресурсы сети «Интернет» на русском языке — универсальную информационную службу www.infoart.ru и справочно-поисковый сервис www.stars.ru. Эту информационную службу можно рассматривать как современный аналог газеты и службы новостей — ее информация обновляется каждый час и распространяется по более чем сорока «зеркалам» во всех регионах России и СИГ. Справочно-поисковые службы вообще не имели аналогов (кроме библиотечных каталогов) до широкого развития Интернета. Это лучший способ найти необходимую информацию, даже если вы имеете только очень смутные догадки о том, что вам в действительности необходимо.}, выпускающего этот журнал, достаточно амбициозные таны стать основным поставщиком российской компьютерной информации на международном рынке. Есть уверенность, что при помощи спутниковой связи и компьютерных сетей новости будут попадать в сеть с задержкой всего нескольких секунд. Есть и более необычная идея: включить в корреспондентскую сеть как можно больше корреспондентов-любителей, чтобы максимально расширить информационную базу. Перед вами — размышления В.Шершульского. 

На вопрос о будущем транзистора я могу сказать одно: оно связано с медициной. Однако это моя любимая тема, поэтому оставим ее «на сладкое», а начнем разговор с других аспектов.

Одно из главных направлений жизни транзисторов сегодня — продолжающаяся миниатюризация. Понятно стремление конструкторов уменьшать размеры транзисторов и соединения, чтобы в небольшом устройстве их помешалось все больше и больше. Тогда у вас в кармане будет лежать все более быстрое и мощное устройство. Наиболее крупное достижение прошлого года в этой области — создание медной металлизации. Это сделали конструкторы фирмы IBM Такой прорыв делает возможным уменьшение ширины соединений до 0,1 микрона. Сейчас Intel выпускает процессоры с технологией 0,25 и готовится перейти к 0,13 мкм — это число означает толщину проводников между миллиардами транзисторов в одной микросхеме. Но миниатюризация транзисторных схем таит в себе и неожиданности. На размерах 0,1 микрона становятся ощутимыми квантовые эффекты. Приходится учитывать не только туннельный эффект перебрасывания электронов, но и воздействие поляризации вакуума, так называемый эффект Казимира. При этом выход на уровень квантовых эффектов совсем не означает гибели транзисторов. Следует просто аккуратно учитывать эти эффекты, они хорошо считаются. Главная сложность заключается в том, что надо системы автоматического проектирования транзисторных микросхем научить квантовому мышлению. Внедрить квантово-полевые принципы на логическом уровне. Такие работы ведутся, есть опытные образцы, и через полтора- два года начнется промышленное производство подобных микросхем. Эти обстоятельства очень способствовали росту спроса на физиков-теоретиков, занимающихся самыми абстрактными проблемами квантовой теории поля.

Дальнейший путь развития транзисторных технологий — переход к устройствам, действующим на основе чисто квантовых свойств вещества. По сути дела, это будут одноэлектронные устройства — кластеры (группы) из нескольких сотен атомов, при воздействии на которые электрон станет испускаться или переходить на другой уровень, и это будет означать изменение состояния кластера. В устройствах, собранных человеческой рукой, перемещаются не рычаги и тумблеры, а один-единственный электрон. При всем скептицизме подобное (хоть и локальное) могущество рода человеческого радует.

Материалы для такой технологии выращиваются «в банке», как кристаллики соли или колонии бактерий. Происходит чисто синергетический эффект — возникает структура. Это трудно объяснить «на пальцах», но возникновение структуры в веществе оказывается энергетически более выгодным состоянием. При этом, варьируя химический состав смеси, в которой происходит рост, и величину приложенного электрического напряжения, можно получать структуры с заданными свойствами. Алюминий, к примеру, порождает структуры, которые не зависят от состава электролита. Подобные эксперименты ведутся уже лет пятнадцать, и многие страны (США, Япония, Великобритания и СНГ) достигли в них определенных успехов. Любопытно, что порой возникают фрактальные структуры. Одно из интереснейших свойств: такие структурированные поверхности не отражают- радиоизлучения. Широко используются самые простые применения такого выращивания: возникают поверхности с отверстиями, готовыми под «ножки» микросхем.

Несколько лет назад английские физики в Королевском радарном центре обнаружили, что если электрохимически «травить» в подходящем электролите кремний, то возникает структура, излучающая свет под действием незначительных напряжений. Это прекрасная технология для создания полупроводниковых плоских дисплеев и серийных микросхем с оптической разводкой, то есть таких устройств, где информация передается не по проводам, а при помощи световых лучей. Не всегда ясна еще физика процесса возникновения света, но факт остается фактом.

Следующий шаг — выращивание не двумерных, поверхностных структур, а пространственных трехмерных образований. Техника выращивания аморфных стекол с примесями и вкраплениями была известна в России довольно давно. Оказалось, что она очень здорово подходит для выращивания транзисторных структур. Проблема пока в том, что не удается управлять процессом роста, как говорится, «что выросло, то выросло». Но нет никаких сомнений, что проблема будет разрешена. А вот тогда будут выращиваться уже не микросхемы, а целые компьютеры Причем прогресс в мире транзисторов происходит очень быстро, и речь идет о сроках два-три года максимум.

Выращивать таким образом можно не только транзисторы, но и «мелкоячеистые» фильтры для разделения изотопов или для очистки лекарств, но это отдельный, хоть и очень интересный разговор. А выращивание структур с атомными масштабами и заданными свойствами называется «нанотехнологией», и это область, которая будет доминировать в самых разных отраслях науки и техники в самом ближайшем будущем.

Наконец, добрались до медицины. Очень скоро крошечные компьютеры вместе с сотовыми телефонами будут находиться у каждого из нас на руке, а может, в каком-либо другом месте, медикам виднее. Поддерживая связь с медицинским центром, они будут информировать врачей, что с нами происходит в любой момент. Подобные транзисторные информаторы уже находятся на вооружении армии США. В их самом широком распространении заинтересованы страховые компании. Они могут помочь предотвратить сердечные приступы, приближение которых не чувствует человек, но заметит миниатюрное устройство. В сущности, примеры таких устройств уже известны — это электронные водители ритма для сердца. Новое поколение миниатюрных медицинских компьютеров сможет выполнять некоторые процедуры (вводить лекарства) и связываться с врачом. Они помогут разобраться в причинах гибели людей в автокатастрофах и других несчастных случаях. В общем, уверенность в полезности таких постоянных спутников-надсмотрщиков есть, и они наверняка появятся, вопрос лишь — когда? Медицина — это такая область человеческой деятельности, которая заботит всех без исключения, обороты средств в ней измеряются триллионами, поэтому транзисторы, безусловно, найдут здесь очень широкое применение. И порой — неожиданное.

Ведь транзисторы могут выполнять и более сложные функции, чем просто информационные. Микросхемы в специальных инертных корпусах с фрактальной структурой можно вживлять в конечности, лишенные подвижности из-за повреждения двигательного нерва. Подавая определенные электрические сигналы, можно добиться того, что поврежденный нерв буквально прирастет к микросхеме и она станет частью человеческого организма. Аналогичные опыты делаются и по вживлению транзисторов в глаза человека, лишенного зрения. Туда же встраиваются светодиоды. Конечно, это пока не зрение, но человек получает возможность отличать свет от темноты. И это для слепого человека уже очень много. Пока такие эксперименты ведутся только в лабораториях. Сложность в том, что при недостаточно аккуратном воздействии транзисторы и токовые импульсы могут оказывать и вредное воздействие на человеческий организм. Но нет сомнений в том, что за такой технологией — будущее. Так что «киборги» — это не пустые фантазии кинематографистов, а реальные создания ближайшего будущего, правда, совсем не страшные.

Это, разумеется, далеко не все направления развития транзисторов на завтра. Они очень интересны, многообещающи и уже стоят на пороге наших домов. Транзисторы все глубже проникают в нашу жизнь в прямом и переносном смысле, без них она уже немыслима, и эта зависимость будет усиливаться. Скорее всего, чего-то самого увлекательного мы не знаем, не можем предсказывать и ожидать. От этого интересней жить. •

Записал Александр СЕМЕНОВ

Квантовый компьютер

Довольно давно ученые стали искать новые принципы построения компьютера. Работы были начаты еще в шестидесятых годах фирмой IBM и вскоре подхвачены японскими учеными. В восьмидесятые годы к ним подключились и российские физики. При этом параллельно ведется разработка по самым разным направлениям.

Одно из них — сверхпроводящий компьютер. Эффект сверхпроводимости позволяет строить компьютер совсем на других принципах, нежели те, которые заложены сегодня в основу работы полупроводниковых транзисторов. Электрон, пробегающий по сетям такого компьютера, будет одновременно выполнять роль и «ключа», и носителя информации. Структура и логика квантового компьютера станут совершенно иными, а сам он — неизмеримо богаче по возможностям.

Несколько исследовательских групп уже сделали пробные образцы квантовых ячеек. Это может быть обычный атом. Поглощая квант света, он переходит в возбужденное состояние. Такое состояние - «1», основное — «0». Квантовая физика позволяет организовывать суперпозицию сотен состояний и передавать сразу не один бит информации, а огромное ее количество.

Все это пока хоть и невероятно заманчивые, но только теоретические разработки. Самая продвинутая экспериментальная группа из Массачусетсского технологического института планирует через несколько лет создать квантовый микропроцессор на 10 байтов. Ну, а целый компьютер — это уже дело всего следующего века.

Гейтс все богатеет...

Рост курса акций Microsoft давно уже сделал главу этой компании Билла Гейтса самым богатым бизнесменом в мире. По информации «New York post», в апреле 1998 года его состояние превысило 50 миллиардов долларов. Суммарная стоимость акций Microsoft оценивается примерно в 220 миллиардов долларов. Каждый раз, когда курс акций компании возрастает на один пункт, состояние Гейтса увеличивается на полмиллиарда долларов. Остается только тихо ему завидовать...

Проводящие полимеры

Как и большинство технологических новинок, проводящие полимеры появились совершенно случайно. Пытаясь создать органический полимер полиацетилен в начале семидесятых, Хидеки Ширакава из Токийского технологического института по ошибке добавил в тысячу раз больше катализатора, чем требовалось. В результате получилась блестящая лента, напоминающая алюминиевую фольгу, но тянущаяся почти как резина.

С тех пор новую продукцию непрерывно совершенствуют: ее проводимость увеличена в тысячу раз. Но медь пока все равно проводит ток в сто тысяч раз лучше и — в два раза дешевле. Тем не менее разработки ведутся очень активно, потому что в очень многих областях готовы использовать гибкие проводники.

Тонкие эластичные транзисторы будут использоваться для экранов «лэптопов». Гибкие дисплеи — нет сомнения, насколько это удобно: представьте себе, что вы держите в руках и читаете плоский, как газетный лист, терминал. «Умные» окна из гибких проводников смогут менять прозрачность по вашему желанию. Пластмассовые батарейки будут гораздо меньше загрязнять окружающую среду. Из проводящих полимеров можно будет делать искусственные мускулы, а военные самолеты покрывать экранирующим слоем. И многое-многое другое, не менее полезное и интересное.

Занятные факты из жизни транзисторов

Каждую секунду в мире изготавливается полмиллиарда транзисторов.

Любая интегральная схема в компьютере содержит от трех до пяти миллионов транзисторов.

В течение пятидесятых годов транзистор подешевел с полусотни долларов за штуку до двух долларов. А в наши дни транзистор в составе микрочипа стоит одну стотысячную цента.

Если бы современный сотовый телефон был сделан не из транзисторов, а из вакуумных ламп, то он был бы выше трехэтажного дома.

К концу века микрочипы будут содержать миллиард транзисторов на площади в квадратный сантиметр. Схема соединений такого чипа по сложности не уступает дорожной сети всей нашей планеты.