Физики собрали нанокомпьютер, нарушающий закон Мура

Междисциплинарная группа учёных и инженеров из корпорации MITRE и Гарвардского университета собрали ультракомпактную вычислительную систему, которая существует «за пределами» закона Мура. Фундаментальный принцип гласит, что плотность упаковки элементов в устройстве и вычислительная мощность компьютеров удваиваются каждые два-три года.

Считается, что менее чем через десять лет производительность современных электронных устройств достигнет своего предела. И тогда в свои права вступит новая эра − эра наноэлектроники.

Исследователи опубликовали статью в журнале PNAS, в которой описали свой эксперимент. За относительно короткий срок им удалось собрать сверхтонкий миниатюрный управляющий компьютер. Как уточняют физики, это самая плотная наноэлектронная система из когда-либо созданных.

Устройство получило название nanoFSM — акроним от термина nanoelectronic finite-state machine (наноэлектронный конечный автомат). Помимо миниатюрности (по размеру он сопоставим с человеческим нейроном) компьютер может похвастаться крайне низким электропотреблением. Он состоит из сотен нанопроводов-транзисторов, каждый из которых в десять тысяч раз тоньше человеческого волоса.

Говоря о питании, разработчики чуда техники утверждают, что компьютер можно назвать «энергонезависимым». То есть каждый транзистор-переключатель «помнит» состояние, включённое или выключенное, даже при отсутствии электричества.

В nanoFSM транзисторы-провода собраны в цепи на нескольких микроскопических плитках. Эти плитки проводят электрический импульс по всему компьютеру, обеспечивая таким образом работу вычислительных процессов и обработку сигналов. Такие мини-процессоры могут стать незаменимыми не только для гибкой пользовательской электроники, но и для создания микроскопических биомедицинских датчиков-имплантатов или роботов размером с насекомое.

Технология представлена не впервые: в 2011 году эта же команда продемонстрировала собранную ими первую плитку из нанотранзисторов, способную производить элементарные вычисления, а сегодня готов уже полностью функциональный процессор, способный выполнять более сложные задачи.

«Создавать эту штуку было непросто. Нам нужно было разработать такую архитектуру системы и дизайн наноцепи, чтобы уместить всё необходимое на минимальной площади. Но, как только мы придумали саму модель, наши коллеги из Гарварда предложили блестящее исполнение идеи», — рассказывает главный архитектор нанокомпьютера Шамик Дас (Shamik Das) из корпорации MITRE.

Секрет технологии в первую очередь кроется в нестандартном методе сборки процессора. Как правило, литографические методы подразумевают комплектацию «сверху вниз», то есть более мелкие элементы изготавливаются из более крупных конструкций. Инженеры из Гарварда впервые применили сборку «снизу вверх» (bottom-up): крупная конструкция наращивается из мельчайших составляющих, при этом изготавливается сразу несколько копий nanoFSM, соответствующих заранее заданному дизайну.

Без подобных технологий, согласно закону Мура, современной электронике через несколько лет придёт конец. Достигнув предела плотности и производительности, вычислительные системы «застрянут» на одном месте. Поэтому, уверены разработчики из команды nanoFSM, именно такие устройства, как нанопроцессоры, станут первым шагом в будущее электроники.