分子硬件：这项技术的承诺和未来

2014年， 英特尔 庆祝首批处理器的推出，该晶体管的特征是晶体管的直径大约比一根头发的直径小6,000倍，但这距离还有很长的路要走 在分子水平上制造晶体管 .

17年2016月XNUMX日，北京大学的一组研究人员可能已经表明，这个梦想比我们想象的要接近现实，随着越来越小的硬件的竞争不断，我们也可以想象这对我们的用户意味着什么，以及制造商要使该技术成为现实将面临的挑战。

分子大小的硬件

每当我们想到一个分子时，我们都会想到一个很小的东西，以至于只有一个高度专业化的团队才能看到它。 问题在于，与原子不同，分子并不总是具有微观尺寸。 当有人谈论由单个分子制成的晶体管时，我们首先要问自己：我们在谈论哪种类型的分子？

它是一条分子链可能是巨大的。 人体中每个细胞中的DNA之类的聚合物在完全伸展时的长度在1.5至3米之间，它们仍然是一个分子。 我们通常使用诸如水分子之类的术语作为尺寸的参考点，并且这些度量大约 直径0.275纳米 。 问题是，DNA和H2O分子都不能正确地包含PC处理器的晶体管尺寸的正确表示。

回到我们之前提到的北京大学的研究中，我们知道的是，他们设法使用石墨烯电极（碳原子厚的碳分子排列）并在其间带有亚甲基来制造晶体管。 他们没有说的是这些晶体管有多大，但是考虑到石墨烯和亚甲基的基团有多小，我们可以得出以下结论： 它们的大小接近一个水分子的大小 .

尺寸并不是晶体管的全部

尽管该技术中最重要的概念是能够在尽可能小的空间内安装更多的晶体管，但是减小这些晶体管的尺寸并不是实现此目的的唯一方法。 北京的研究人员除了制造出一种有效的分子尺寸晶体管（使用寿命至少比其前任产品（数小时）要高）外，还取得了另一项突破。

如果当今的晶体管能够通过移动电子进行通信，那么他们所取得的成就就是这些分子晶体管可以通过以下方式彼此通信： 移动光子 代替。 光子的传播速度比电磁波要快得多（特别是快100倍），这意味着我们可以将更多的晶体管塞入狭小的空间中，并提高它们的速度，就像只有戈登·摩尔自己能想到的那样。 做梦。

因此，我们说的是，我们不仅将处理像一个水分子一样小的晶体管，而且它们的通信速度也将比今天快100倍。 如果我们能够将其翻译成我们迄今所知的台式机处理器，则意味着我们将拥有相同大小的CPU，但功耗要低得多，并且 性能高达100倍 .

那么为什么我们还没有分子硬件呢？

研究人员在使用这项技术时遇到的问题与我们在原子或分子水平上处理事物时发生的问题相同。 不稳定 。 例如，电磁场很容易引起金属和其他导电材料的原子结构发生轻微变化。 这种变化可以解释为信号（例如二进制系统的XNUMX和XNUMX），但是这些物质的微观“颗粒” 可以 还 导致晶体管故障 .

目前，他们已经设法制造了一个晶体管（记住，它不过是一个开关），可以在“死亡”之前打开和关闭大约100次，并且可以使用一年。 尽管与我们目前的成就相比，这是一个了不起的成就，但是您会认为这不是可行的事情，尤其是当晶体管打开和关闭数百万次时。

第一个真正的挑战 那么，我们面临的是隔离微电环境的方式 功能 至少 十年 .

但是，即使他们最终确实设法构建了可行且耐用的分子晶体管，我们仍将面临 第二个挑战 ：批量制造它。 在可预见的将来，IC是内部硬件通信的黄金标准，并且使该系统与分子系统一起工作几乎是不可能的。

换句话说，在 第三挑战 就是要适应其余的硬件，以便它可以与带有分子晶体管的处理器配合使用。

这项技术的未来

对于可能带给人类的进步，制造分子硬件的努力无疑是诱人的，并且非常有前途（当然，我们谈论的不仅仅是台式PC处理器）。

如果制造商能够克服诸如要求低温读取数据的障碍，摆脱分子与当前电磁电路之间的连接间隙并以某种方式使它们的使用寿命可行的挑战，那么我们将迎来一场真正的革命。 技术 将会改变我们所知道的世界 .