Moleküler Donanım: Bu Teknolojinin Vaadi ve Geleceği

İlk silikon işlemci çipleri ortaya çıktığından beri, ” moleküler donanım ”Bunu gerçeğe dönüştürmek için çalışıyor. Donanım üreticileri uzun süredir zorluklarla karşı karşıya mümkün olduğunca çok transistör ve daha küçük alanlar ve moleküler donanım tüm dualarınızın cevabı olabilir. Ama neden hala gerçek değil? Bu yazıda kavramı inceleyeceğiz ve cevabı fark etmeye çalışacağız.

2014 olarak, Intel tek bir saç telinin çapından yaklaşık 6,000 kat daha küçük transistörlere sahip ilk işlemcilerin lansmanını kutladı, ancak bu hala uzun bir yoldu Transistörlerin moleküler düzeyde yapılması .

17 Haziran 2016'da Peking Üniversitesi'nden bir grup araştırmacı, bu rüyanın düşündüğümüzden daha yakın olduğunu göstermiş olabilir ve giderek daha küçük donanım oluşturma yarışı devam ederken, bunun bizim için ne anlama geldiğini hayal edebiliriz, ve üreticilerin bu teknolojiyi gerçeğe dönüştürmek için karşı karşıya kalacakları zorluklar.

moleküler donanım

Molekül boyutlu donanım

Ne zaman bir molekül düşünsek, olağanüstü derecede küçük bir şey düşünürüz, öyle ki, o sadece çok uzmanlaşmış bir ekiple görülebilir. Sorun, atomların aksine moleküllerin her zaman mikroskobik boyutlara sahip olmamasıdır. Biri tek bir molekülle yapılmış bir transistörden bahsettiğinde, kendimize sormamız gereken ilk şey şu: Ne tür bir molekülden bahsediyoruz?

Ve bir moleküler zincir muazzam olabilir. Vücudumuzdaki her hücrede bulunan DNA gibi polimerler, tamamen gerildiklerinde 1.5 ila 3 metre arasında ölçüm yapabilirler ve bunlar hala bir moleküldür. Normalde boyut için referans noktası olarak su molekülleri gibi terimler kullanırız ve bunlar yaklaşık olarak 0.275 nanometre çapında . Mesele şu ki, ne DNA ne de H2O molekülleri, bir PC işlemcisi için transistörlerin boyutunun uygun bir temsilini düzgün bir şekilde kapsayamaz.

Daha önce bahsettiğimiz Pekin Üniversitesi araştırmasına geri dönersek, bildiğimiz şey, aralarında metilen grupları bulunan grafen elektrotları (bir atom kalınlığında moleküler bir karbon düzenlemesi) kullanarak transistörler yapmayı başardıklarıdır. Söylemedikleri şey, bu transistörlerin ne kadar büyük olduğudur, ancak grafen ve metilen gruplarının ne kadar küçük olduğunu düşünürsek, bir fikir edinebiliriz. boyutları su molekülününkine yakın olacaktır .

Transistörler söz konusu olduğunda boyut her şey değildir

Bu teknolojideki en önemli kavram, mümkün olan en küçük alana daha fazla transistör sığdırabilmek olsa da, bunu başarmak için yapılabilecek tek şey bu transistörlerin boyutunu küçültmek değildir. Pekin'deki araştırmacılar, öncekilerden (birkaç saat) önemli ölçüde daha uzun ömürlü (en az bir yıl) etkili bir moleküler boyutlu transistör yapmanın yanı sıra, başka bir atılım da yaptı.

moleküler donanım

Bugünün transistörleri hareketli elektronlarla iletişim kurabiliyorsa, başardıkları şey, bu moleküler transistörlerin birbirleri ile iletişim kurabilmeleridir. hareketli fotonlar yerine. Fotonlar elektromanyetik dalgalardan çok daha hızlı hareket ediyor (özellikle 100 kat daha hızlı), bu da çok daha fazla transistörü küçük alanlara sıkıştırabileceğimiz ve her birine yalnızca Gordon Moore'un kendisinin bulabileceği bir hız artışı sağlayabileceğimiz anlamına geliyor. rüya görmek, hayal etmek.

Dolayısıyla, sadece bir su molekülü kadar küçük transistörleri ele almakla kalmayacağımızı, aynı zamanda bugün olduğundan 100 kat daha hızlı iletişim kurabileceklerinden bahsediyoruz. Bunu şimdiye kadar bildiğimiz bir masaüstü işlemcisine çevirebilseydik, aynı boyutta ancak çok daha az tüketimli ve daha düşük bir CPU'ya sahip olacağımız anlamına gelirdi. 100 kata kadar daha yüksek performans .

Peki neden henüz moleküler donanımımız yok?

Araştırmacıların bu teknoloji ile karşılaştığı sorun, atom veya moleküler düzeydeki şeylerle uğraştığımızda ortaya çıkan problemle aynıdır: kararsız . Örneğin, elektromanyetik alanlar, metallerin ve diğer iletken malzemelerin atomik yapılarının hafifçe değişmesine neden olma eğilimindedir. Böyle bir değişiklik bir sinyal olarak yorumlanabilir (örneğin ikili sistemin birleri ve sıfırları), ancak malzemenin bu mikroskobik "taneleri" olabilir Ayrıca transistörlerin arızalanmasına neden olur .

Şimdilik, "ölmeden" önce yaklaşık 100 kez açılıp kapatılabilen ve bir yıla kadar sürebilen bir transistör (bir anahtardan başka bir şey olmadığını unutmayın) yaratmayı başardılar. Bu, şu anda sahip olduğumuza kıyasla harika bir başarı olsa da, tahmin edeceğiniz gibi, özellikle de transistörler milyonlarca kez açılıp kapandığında, bunun henüz uygulanabilir bir şey olmadığını tahmin edeceksiniz.

İlk gerçek meydan okuma o zaman karşı karşıyayız ki, bir mikroelektrik ortamı, için işlev en azından Bir on yıl .

Ama sonunda canlı ve dayanıklı bir moleküler transistör inşa etmeyi başarsalar bile, ikinci meydan okuma : seri üretim. Öngörülebilir gelecek için, IC'ler dahili donanım iletişimi için altın standarttır ve bu sistemin moleküler sistemlerle çalışmasını sağlamak neredeyse imkansızdır.

Diğer bir deyişle, üçüncü meydan okuma donanımın geri kalanını moleküler transistörlü bir işlemci ile birlikte çalışabilmesi için uyarlamak olacaktır.

Bu teknolojinin geleceği

Moleküler donanım yapma çabası, bunun insanlığa getirebileceği ilerlemeler için kesinlikle cazip ve çok umut vericidir (ve elbette bir masaüstü bilgisayar işlemcisinden çok daha fazlasını konuşuyoruz).

Üreticiler verileri okumak için kriyojenik sıcaklığa ihtiyaç duyma, moleküller ve mevcut elektromanyetik devreler arasındaki bağlantı boşluğundan kurtulma ve bir şekilde ömürlerini uygun hale getirme gibi engellerin üstesinden gelebildiyse, gerçek bir devrim içindeydik. teknoloji bildiğimiz gibi dünyayı değiştirecekti .