Механика, кремний или кванты?

Юрий Свидиненко

Хакер, номер #096, стр. 096-054-4

Механические нанокомпьютеры

Одно из таких не классических ухищрений – возврат к механике старины Бэббиджа. Оказывается, что в физике наномира есть несколько ограничений для работы сверхмалой электроники. Одно из них – законы квантовой механики, которые не дают работать нанотранзисторам как надо. А вот механика работает достаточно надежно. Эрик Дрекслер, один из отцов нанотехнологии, даже разработал проект механического нанотранзистора на стержневой логике. Основными элементами как механопамяти, так и транзисторов являются вдвигаемые и выдвигаемые стержни, взаимно запирающие движение друг друга.

Получается, что при ширине стержня в несколько атомных размеров (например, при использовании углеродных нанотрубок) компьютер, эквивалентный современному, содержащему 1 млн. транзисторов, может иметь объём 0,01 кубических микрон, а компьютер с памятью в 1 терабайт - 1 кубический микрон!

Как и в случае с наноэлектроникой, быстродействие наномеханического компьютера будет определяться возможностью отвода тепла. Расчёты Дрекслера показывают, что при комнатной температуре окружающей среды на 1 Вт рассеиваемой мощности такой компьютер будет осуществлять около 10Е16 операций в секунду. При мощности 100 нВт это даёт производительность 10Е9 операций в секунду, что примерно эквивалентно современному мощному настольному компьютеру. Но только в объеме 1 кубический микрон! Для сравнения: красная кровяная клетка – эритроцит - имеет средний объем порядка 60 кубических микрон. Получается, в эритроцит, который и в оптический микроскоп-то плохо видно, можно будет напихать 60 средних настольных компьютеров!

Не хуже дела обстоят и с механической памятью. Несмотря на то что при словах «механическая память» вспоминается старые счетные машины, арифмометры, «железные феликсы» и перфокарты, однако этот тип наномеханики не предполагает возврата к перфокартам. Над механическими ячейками памяти ученые работают с 2000 года. Например, в Бостонском университете ученый Притирэй Моханти создал систему хранения информации на основе наномеханических осцилляторов (колебательных струн). Эти механические ячейки памяти - из кремния, которые в тысячу раз меньше диаметра человеческого волоса.

Использование механопамяти для хранения информации будет выгоднее по плотности информации, чем применение современных электромагнитных систем. Ученые уверены, что механопамять обгонит по емкости даже те магнитные устройства, которые по нынешним технологиям изготовления приближаются к физическому пределу плотности информации.

Механопамять может работать, выполняя миллионы и миллиарды циклов в секунду, потребляя при этом в миллион раз меньше энергии, чем электронные аналоги. Связано это с тем, что механике не нужно рассеивать так много тепла, как электронике.

Одиночная ячейка памяти состоит из кремниевой струны нанометровых размеров, которая при воздействии на ее концы высокочастотного напряжения (с частотой в несколько мегагерц) изгибается. При определенной амплитуде напряжения струна принимает одно из конечных состояний («1» или «0» соответственно), что как раз нужно для хранения информации.