May 26th, 2014

Процессор будущего станет прозрачным, жидким или даже живым



Кремний – материал старый, как сама планета Земля. Наши предки делали из него каменные топоры, а мы изготавливаем из него процессоры – столь же топорные и малоэффективные. Кремний несколько десятилетий служил основным сырьем для микроэлектроники, но теперь он превратился в тормоз на пути прогресса: его особенности уже не позволяют наращивать производительность чипов. Преемника ищут давно, и список кандидатов велик, ведь транзисторы можно создавать на основе любого соединения, обладающего свойствами полупроводника. При этом переход к альтернативным материалам не означает простой замены носителя: они предлагают совершенно новые возможности, позволяя отказаться от бинарной логики, осуществлять передачу данных со скоростью света, использовать вместо электрических сигналов химические реакции... Или даже сделать компьютеры в прямом смысле живыми и самовосстанавливающимися.

Гетеро лучше, чем гомо

Согласно известному закону Мура, число транзисторов на чипе стандартного размера (а от их количества зависит скорость обработки информации) должно удваиваться каждые два года. Впрочем, никакой это не закон, а всего лишь эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году одним из основателей Intel – Гордоном Муром, анализировавшим ход инженерной мысли. Ученый не ошибся: его закон ни разу не нарушался в течение более чем полувека. Но сегодня кремниевые чипы вплотную подошли к пределу своих возможностей. «Рассеивание тепла на классических чипах достигает нескольких сотен ватт на квадратный сантиметр, – говорит научный сотрудник кафедры вычислительной математики и программирования МАИ Владимир Винников. – Отвод тепла от единичного транзистора превращается в неразрешимую проблему». Да и наращивать скорость вычислений уже сложно из-за относительно низкой подвижности носителей заряда в кремниевой пластине. Ближайшие претенденты на трон короля транзисторов – германий и арсенид галлия. И тот и другой – далеко не новички в микроэлектронике. Германиевые полупроводники 30-40 лет назад применялись во всех радиоприборах, пока их не вытеснили кремниевые, технология изготовления которых оказалась дешевле. Однако теперь германий и арсенид галлия превосходят кремний по соотношению «цена – эффективность»: чипы на их основе могут работать в разы быстрее. «Да и дороже такие схемы только потому, что еще не отточены технологии их создания», - уточняет заместитель декана факультета наук о материалах МГУ Евгений Гудилин. Так, если делать чипы не из одного материала, а на основе гетероструктуры, где чередуются слои кремния и арсенида галлия, производство заметно удешевится.

Гетероструктуры позволят отказаться и от традиционной бинарной логики, на которую обрекали нас кремниевые процессоры: благодаря им можно создавать несколько пороговых значений заряда, реализуя троичную и даже четверичную логику. Это дает новые возможности разработчикам искусственного интеллекта. Дело в том, что, в отличие от кремниевых, которые могут работать исключительно с цифровым сигналом, схемы на основе арсенида галлия способны принимать и обрабатывать аналоговые сигналы. Последние 10 лет наблюдалась тенденция к переводу всей аналоговой связи в цифровой формат, но использование этого альтернативного материала может породить обратный тренд. Ведь сейчас при передаче информации, например, с помощью беспроводных технологий аналоговый сигнал сначала преобразуется в «цифру», а затем снова в аналоговый. Арсенид галлия избавит от этого вынужденного мартышкиного труда. А поскольку техника становится по большей части беспроводной, востребованность аналоговых чипов будет только расти.

Light-вариант

Также арсенид галлия поможет осуществить давнюю мечту электронщиков – использовать для кодирования логических единиц не электроны, а фотоны: в отличие от кремния, он способен излучать свет. «Оптические чипы – новое поколение, которое может заменить предыдущие технологии, – отмечает руководитель по развитию бизнеса IBM в России и СНГ Майкл Вирт. – Передача сигнала с помощью света окажется более эффективной и не будет создавать электромагнитных помех, что позволит увеличить плотность интеграции транзисторов». При этом разные световые пучки могут свободно проходить по одной и той же области пространства, при пересечении не сбивая сигналы друг друга (поскольку у фотонов нет электрического заряда). И если рабочая частота самых современных опытных кремниевых процессоров составляет около 10 ГГц, то процессор на основе арсенида галлия может работать и на 100 ГГц, и даже на 1 ТГц.................................................
http://rbcdaily.ru/magazine/business/562949988486777