Группой ученых из разных научных областей и инженерами из корпорации MITRE и Гарвардского университета (США) были сделаны ключевые шаги к созданию ультрамаленькой электронной компьютерной системы, которая выходит за пределы Закона Мура, который утверждает, что плотность устройств и общая производительность процессора компьютеров удваивается каждые 2-3 года. В научной статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, исследовательская группа описывает, как они разработали и собрали снизу вверх функционирующую, ультрамаленькую управляющую ЭВМ, которая представляет собой первую, когда-либо созданную, самую плотную наноэлектронную систему. Ультрамаленький управляющий процессор со сверхнизким потреблением энергии (называемый наноэлектронной конечной машиной, или nanoFSM (англ. абб. для данного термина)) по размеру меньше, чем нервная клетка человека. Он состоит из сотен нанопроводных транзисторов, каждый из которых представляет собой прутик, который тоньше в 10 тысяч раз, чем человеческий волос. Нанопроводные транзисторы потребляют крайне мало энергии, потому что они «энергонезависимы». То есть прутики запоминают, включены они или нет, даже когда они не обеспечиваются никакой энергией.
В системе nanoFSM нанопрутики собраны и организованы в виде цепей на нескольких «плитках». Эти плитки вместе распределяет маленькие электронные сигналы по компьютеру, позволяя ему выполнять вычисления и обрабатывать сигналы, которые могут использоваться для управления маленькими системами, как, например, миниатюрные медицинские устройства для терапии, маленькие датчики или даже роботы размером с насекомое.
В 2011 году группа из корпорации MITRE и Гарвардского университета продемонстрировали, как одна маленькая плитка может выполнять простые логические операции. В недавнем времени они объединили несколько плиток на одной микросхеме для создания первого в своем роде сложного программируемого нанокомпьютера.
Конструкция этого нанокомпьютера стала реальной благодаря значительному прогрессу в процессах сборки с невероятной точностью плотных массивов многих необходимых наноустройств. Этот прогресс также сделал возможным производство многочисленных копий системы nanoFSM при помощи революционного подхода, при котором впервые сложные наносистемы могут быть экономично собраны снизу вверх в точном соответствии с уже созданным дизайном. До настоящего момента это было возможно только при помощи дорогого производства, литографических методов сборки сверху вниз, но не с использованием сборки снизу вверх.
По этой причине nanoFSM и средства, с помощью которых эта система создана, представляют собой шаг вперед навстречу расширению очень важной с экономической точки зрения тенденции минимализации, согласно Закону Мура. Из-за ограничений в области традиционных литографических методов изготовления и обычных транзисторов, многие эксперты предрекали скорый конец направления развития по Закону Мура. Некоторые даже утверждали, что это может произойти в течение ближайших пяти лет и повлечет за собой негативные экономические последствия, если не произойдут инновации и в устройстве, и в технологиях производства. Однако была создана nanoFSM, которая представляет собой новаторское решение в обеих упомянутых областях.
Джеймс Елленбоген (James Ellenbogen), ведущий ученый нанотехнологий в корпорации MITRE и эксперт в разработке нанокомпьютеров, говорит: «Система nanoFSM и новые методы для сборки это еще не полноценное решение для данной индустрии. Однако я считаю, что это составляет важный шаг вперед в двух ключевых областях электронной промышленности, которые находились в фокусе для того, чтобы расширить Закон Мура».