IBM планирует покончить с кремнием?

С начала компьютерной эры микрочипы постоянно уменьшались до все меньших и меньших размеров. Закон Мура, сформулированный в 1965 году одним из основателей Intel Гордоном Муром, довольно точно предсказал, что число транзисторов, которые мы можем уместить на микрочипе, будет удваиваться каждые 18-24 месяца, тем самым будет расти компьютерная эффективность и скорость. Многие компьютерные ученые и инженеры, однако, верят, что скоро мы достигнем точки, когда традиционная микросхема из кремния будет слишком микроскопической, чтобы работать надежно.

Что же произойдет? Никто не знает наверняка, но производители чипов уже делают уверенные шаги, чтобы защитить будущее развитие аппаратного обеспечения. На этой неделе IBM объявила о планах по выделению 3 миллиардов долларов в течение следующих пяти лет на исследование чипов. Новый акцент компании будет заключаться не только в миниатюризации схем до 7 нанометров, но и в замене кремниевых чипов альтернативными технологиями.

Компьютерный ученый университета Georgia Tech Том Конте рассказал журналу Popular Science, что 7-нанометровые транзисторы будут «размером с крупные атомы. Есть много неизвестных квантовых эффектов», которыми нельзя управлять, поэтому такие чипы пока не будут гарантировать надежную функциональность.

В настоящее время Intel делает транзисторы в 22 нанометра шириной и планирует перейти к 14 нанометрам в следующем году. В целом закон Мура работает — и мы увеличиваем число транзисторов на чипе на протяжении десятилетий. Но по словам Конте, «как тогда, преимуществ уже не будет». С 1994 по 1998 годы максимальная частота процессора выросла на 300 процентов. С 2007 по 2011 годы эта скорость возросла всего на 33 процента.

Конте считает, что «дни кремния сочтены. Мы дошли до черты, когда нужно сделать шаг назад и переосмыслить то, как мы проектируем компьютеры». Кажется, IBM согласна с этим. В их недавнем заявлении говорилось про несколько разрабатывающихся технологий, которые могли бы привести к прорывам в развитии чипов, сделав их не только меньше, но и более эффективными и надежными.

Например, квантовые вычисления, цель которых — повысить оперативные возможности компьютера. Традиционные биты информации имеют значение только 0 или 1, но квантовые биты могут быть 0, 1 или 0 и 1 одновременно, что позволяет системе обрабатывать миллион вычислений одновременно.

Другой вариант заключается в проведении нейросинаптических вычислений, которые «базируются на структурах, которые мы наблюдаем в мозге», говорит Конте. Идея состоит в том, чтобы сделать компьютеры, эмулирующие определенные процессы, в которых преуспевает неврологическая система вроде распознавания образов.

Нанофотоника (также известная как кремниевая фотоника) — это процесс обработки информации с использованием импульсов света, а не электричества. В своем объявлении IBM выразила надежду, что нанофотоника сможет обеспечить «суперское шоссе для перемещения больших объемов данных на больших скоростях между компьютерными чипами в серверах».

Нынешняя структура микрочипов может остаться такой же, кроме самого кремния. Углеродные нанотрубки — одиночные атомные листы углерода, свернутые в трубки — работают в 10 раз лучше, чем кремний, и могут стать простой заменой этому материалу в транзисторах.

Ни одна из этих технологий, однако, не прошла достаточно испытаний. Кроме того, некоторые эксперты все еще сомневаются, что кремний вообще покинет нас.

«Я бы не поставил и доллара на это», — говорит компьютерный ученый из MIT Шрини Девадас. — «Квантовые вещицы еще слишком далеки».

Он не думает, что углеродные нанотрубки или нанофотоника реально смогут конкурировать с кремнием в ближайшем будущем. Миниатюризация транзисторов, вероятно, замедлится, как только мы достигнем 7 нанометров, но Девадас уверен, что на этом поле есть еще масса возможностей для инноваций.

«Почему бы просто не разработать рабочий вариант с кремнием?», — задает он такой вопрос.

Девадас также указывает на то, что 3 миллиарда долларов, которые выделила IBM, это «небольшая подачка» по сравнению с сотнями миллиардов, которые IBM и Intel уже вложили в исследования инновационных полупроводниковых компонентов. Он также считает, что пока кремниевые транзисторы продолжают уменьшаться, люди не особо рады видеть, как технологии вступают в «пост-кремниевую эру», что делает объявление IBM куда менее значительным, чем оно является на самом деле.

Независимо от того, какими будут другие перспективные технологии, весьма очевидно то, что кремний останется с нами по меньшей мере лет на десять. Он незаменим. Ничто другое не может с ним конкурировать. Пока что.

По материалам phys.org