Koska ensimmäiset piiprosessorisirut ilmestyivät, termi ” molekyylilaitteisto ”On pyrkinyt tekemään siitä todellisuutta. Laitteiden valmistajat ovat jo pitkään olleet haasteessaan sijoittamalla mahdollisimman monta transistoria pienempiin ja pienemmät tilat , ja molekyylilaitteisto voisi olla vastaus kaikkiin rukouksiisi. Mutta miksi se ei edelleenkään ole todellisuutta? Tässä artikkelissa aiomme pohtia konseptia ja yrittää selvittää vastaus.
Vuonna 2014, Intel juhli ensimmäisten prosessoreiden lanseerausta, joissa transistorit olivat noin 6,000 kertaa pienempiä kuin yhden hiuksen halkaisija, mutta tämä oli vielä kaukana transistorien valmistaminen molekyylitasolla .
Ryhmä tutkijoita Pekingin yliopistosta 17. kesäkuuta 2016 on voinut osoittaa, että tämä unelma oli lähempänä todellisuutta kuin luulimme, ja kun kilpailu luoda yhä pienempiä laitteistoja jatkuu, voimme myös kuvitella, mitä tämä tarkoittaa meille käyttäjille, samoin kuin haasteet, jotka valmistajien on kohdattava tämän tekniikan toteuttamiseksi.
Molekyylin kokoinen laitteisto
Aina kun ajattelemme molekyyliä, ajattelemme jotain poikkeuksellisen pientä, niin että se voidaan nähdä vain hyvin erikoistuneen tiimin kanssa. Ongelmana on, että toisin kuin atomit, molekyyleillä ei ole aina mikroskooppisia ulottuvuuksia. Kun joku puhuu yhdellä molekyylillä valmistetusta transistorista, meidän on ensin kysyttävä itseltämme: minkä tyyppisestä molekyylistä puhumme?
Ja se on, että molekyyliketju voi olla valtava. Polymeerit, kuten DNA joka kehon solussa, voivat mitata 1.5-3 metriä täysin venytettynä, ja ne ovat edelleen molekyyli. Normaalisti käytämme termejä kuten vesimolekyylit koon vertailupisteenä, ja nämä mittaavat noin Halkaisija 0.275 nanometriä . Asia ei ole, että DNA- tai H2O-molekyylit eivät voi kunnolla edustaa asianmukaista esitystä transistoreiden koosta PC-prosessorille.
Palataksemme aiemmin mainitsemamme Pekingin yliopiston tutkimukseen, tiedämme, että he onnistuivat tekemään transistoreita grafeenielektrodeilla (hiilen molekyylijärjestely atomin paksuudella) metyleeniryhmien välillä. He eivät ole sanoneet, kuinka suuret nämä transistorit ovat, mutta kun otetaan huomioon, kuinka pienet grafeeni- ja metyleeniryhmät ovat, voimme saada idean, että niiden koko olisi lähellä vesimolekyylin kokoa .
Koko ei ole kaikkea, kun kyse on transistoreista
Vaikka tämän tekniikan tärkein käsite on pystyä sopimaan mahdollisimman moniin muihin transistoreihin mahdollisimman pieneen tilaan, näiden transistoreiden koon pienentäminen ei ole ainoa asia, joka voidaan tehdä tämän saavuttamiseksi. Pekingin tutkijat tekivät tehokkaan molekyylikokoisen transistorin, jonka elinikä on huomattavasti pidempi (vähintään vuosi) kuin edeltäjänsä (muutama tunti), myös uuden läpimurron.
Jos nykypäivän transistorit kykenevät kommunikoimaan liikkuvilla elektronilla, he ovat saavuttaneet sen, että nämä molekyylitransistorit voivat kommunikoida keskenään liikkuvat fotonit sen sijaan. Fotonit kulkevat paljon nopeammin kuin sähkömagneettiset aallot (erityisesti 100 kertaa nopeammin), mikä tarkoittaa, että voisimme tunkeutua moniin muihin transistoreihin pieniin tiloihin ja antaa jokaiselle niistä nopeuden lisäyksen, kuten vain Gordon Moore itse keksiä. uneksia.
Joten puhumme siitä, että emme käsittele vain pieniä transistoreita kuin vesimolekyyli, mutta ne pystyvät myös kommunikoimaan 100 kertaa nopeammin kuin tänään. Jos voimme kääntää tämän työpöydän prosessoriksi sellaisena kuin tunnemme heidät tähän asti, se tarkoittaisi, että meillä olisi saman kokoinen, mutta paljon pienempi kulutus ja suorituskyky jopa 100 kertaa suurempi .
Joten miksi meillä ei ole vielä molekyylilaitteistoa?
Ongelma, jonka tutkijat ovat kohdanneet tämän tekniikan suhteen, on sama ongelma, joka tapahtuu, kun käsittelemme asioita atomi- tai molekyylitasolla: se on epävakaa . Esimerkiksi sähkömagneettisilla kentillä on voimakas taipumus saada metallien ja muiden johtavien materiaalien atomirakenteet muuttumaan hieman. Tällainen muutos voidaan tulkita signaalina (esimerkiksi binaarijärjestelmän ykkökset ja nollat), mutta nämä mikroskooppiset materiaalirakeet voisi Myös aiheuttaa transistorien toimintahäiriöitä .
Toistaiseksi he ovat onnistuneet luomaan transistorin (joka ei ole muuta kuin kytkin, muista), joka voidaan kytkeä päälle ja pois päältä noin 100 kertaa ennen "kuolemaa" ja kestää jopa vuoden. Vaikka tämä on hieno saavutus verrattuna siihen, mitä meillä tällä hetkellä on, oletatte, että se ei ole vielä toteuttamiskelpoinen asia, varsinkin kun transistorit avautuvat ja sulkeutuvat miljoonia kertoja.
Ensimmäinen todellinen haaste meidän on siis eristettävä mikrosähköinen ympäristö niin, että se pystyy toiminto vähintään vuosikymmenen .
Mutta vaikka he lopulta onnistuisivatkin rakentamaan elinkelpoisen ja kestävän molekyylitransistorin, meillä olisi edessään toinen haaste : sarjavalmistaa se. Lähitulevaisuudessa piirikortit ovat kultastandardi sisäisessä laitteistoviestinnässä, ja tämän järjestelmän toimiminen molekyylijärjestelmien kanssa on melkein mahdotonta.
Toisin sanoen, kolmas haaste olisi mukauttaa loput laitteistot siten, että se voisi toimia yhdessä prosessorin kanssa, jolla on molekyylitransistoreita.
Tämän tekniikan tulevaisuus
Pyrkimys tehdä molekyylilaitteisto on varmasti houkutteleva ja erittäin lupaava etenemiselle, jota tämä voi tuoda ihmiskunnalle (ja puhumme tietysti paljon enemmän kuin pöytätietokoneen prosessori).
Jos valmistajat pystyisivät ylittämään esteet, kuten vaatimaan kryogeenisen lämpötilan tietojen lukemiseksi, pääsemään eroon molekyylien ja nykyisten sähkömagneettisten piirien välisestä kytkentäaukosta ja tekemään niiden eliniän jotenkin elinkelpoiseksi, voisimme olla todellinen vallankumous. tekniikka, joka muuttaisi maailmaa sellaisena kuin tiedämme sen .
