Компьютеры посткремниевой эпохи

Ускорение компьютеров означает рост числа транзисторов в чипе. А это, в свою очередь, означает необходимость уменьшения транзисторов с тем, чтобы большее их количество помещалось в заданном объеме. Но производители чипов аппелируют к физическим ограничениям, которые не позволяют уменьшать кремниевые транзисторы без ущерба производительности. В результате специалисты стали говорить о том, что близится к завершению эра закона Мора, согласно которому количество транзисторов в цепи могло удваиваться приблизительно раз в два года. Закон Мора является важной аксиомой для компьютерных компаний, поскольку позволяет планировать разработки будущих продуктов.

Согласно новому исследованию IBM, опубликованному в минувшую пятницу, в журнале «Science», производители чипов получают возможность преодолеть ограничения кремния применением углеродных «нанотрубок», атомов углерода свернутых в трубку, как сигарета.

Для чипмейкеров это открывает многообещающие перспективы, поскольку через углерод электроны перемещаются быстрее, чем через кремний, что в итоге обеспечивает повышение производительности компьютера. Но углерод с кремнием объединяет большая проблема. Транзисторам, являющимся по сути электрическим устройством, необходимы контакты для прохождения тока. Для кремния и углерода создание более мелких транзисторов означает рост сопротивления в контактах, что оборачивается ухудшением производительности.

Исследователи IBM заявляют, что они преодолели эту трудность, создав, на основе глубокого осмысления сущности контактов метод «микроскопической сварки». В  ходе этого процесса атомы металла химически связываются с атомами углерода на концах нанотрубок, обеспечивая возможность, уменьшения процессоров без ущерба производительности.

«Это реально находится в топ-10 самых важных моментов», - говорит Уилфрид Хаенш, главный менеджер исследований IBM и один из соавторов публикации.

Преимущества в трех сферах

Хаенш объясняет инновацию на примере парковки в гараже. «Представьте, что вы заезжаете в гараж, но машины припаркованы слишком близко. Чтобы открыть двери вам нужно больше пространства. Единственным решением является расширение парковочного пространства, но это означает уменьшение количества парковочных мест. Можно решить проблему по-другому. Почему бы не переоснастить авто скользящими дверьми? Это означает, что нет необходимости в увеличении пространства между машинами. В результате вы можете припарковать больше авто в гараже».

В примере Хаенша автомобиль означает транзистор, а двери – контакты. «Мы изменили структуру контактов, а значит перешли от открывающихся дверей к скользящим», - говорит он. «Это позволяет нам не зависеть от сопротивления в контактах или от сложности циркуляции электронов в рамках электронного устройства. В этом и есть научный прорыв».

Все это означает продолжение старения в умирающем законе Мора, особенно с учетом другого исследования IBM на предмет уменьшения кремниевых транзисторов. «Таким образом, мы нашли новую грань в развитии закона Мора», - заявляет Хаенш.

Эта инновация способствует развитию IBM. Компания оставила компьютерный бизнес, продав его 10 лет назад китайскому Lenovo за $1.25 млрд. С тех пор, предприятие было сконцентрировано на программных разработках, базах данных и интернет-проектах. Более мелкие и быстрые процессоры на основе углеродной нанотрубки могут дать Big Blue значительное преимущество в трех сферах. Но нужно время для реализации посткремниевого будущего IBM. «Думаю, это произойдет к 2020 году», - говорит Хаенш. «Не раньше».