R E V U EBudú poèítaèe budúcnosti „ráta“<strong>na</strong> princípe efektu DOMINA?Vedcom z vý<strong>sk</strong>umného centra<strong>na</strong>notechnológií spoloènostiIBM v americkom San Josésa vïaka pouitiu<strong>na</strong>notechnológií podarilovytvori jednoduché logickéobvody, ktoré však nie súpostavené <strong>na</strong> bázeelektrických obvodov, ale <strong>na</strong>mechanickom princípe! Èakáteda poèítaèe v budúcnostinávrat k mechanickémuprincípu èinnosti? Ktovie, istévšak je, e v IBM sa vedci„hrajú s <strong>na</strong>nodominom“.Otom, e vývojové centrá spoloènosti IBM patriak svetovej špièke, netreba nikoho dlho presviedèa.Staèí poh¾ad <strong>na</strong> rebríèek firiem pod¾apoètu podaných patentov a je zrejmé, akú pozíciuv IBM prisudzujú vývoju. U nieko¾ko rokov patrítáto spoloènos k špièke aj v oblasti <strong>na</strong>notechnológií,prièom jej vý<strong>sk</strong>umné pracovi<strong>sk</strong>á sa venujúnielen základnému vý<strong>sk</strong>umu v tejto oblasti, ale ajaplikáciám. Iba pred pár mesiacmi nám vývojáritejto spoloènosti predstavili smer, akým sa pod¾anich bude v <strong>na</strong>jblišej budúcnosti vyvíjaoblas ukladania údajov. Prednedávnom zasasvetu predviedli historicky prvé kompletnériešenie logických obvodov, ktoré boli „postavené“<strong>na</strong> báze <strong>na</strong>notechnológií. Na rozdiel odoèakávaní však <strong>na</strong>nologika nepracuje <strong>na</strong>princípe elektrických obvodov, ale <strong>na</strong> princípepodobnom efektu domi<strong>na</strong>! Predstavenienovej technológie realizovali vedci z IBM <strong>na</strong>rozdiel od podobných prezentácií nie <strong>na</strong> jedinom„zariadení“, ale hneï <strong>na</strong> nieko¾kých typochlogických obvodov. Základom boli jednoduchélogické obvody AND a OR, ale aj dvojica triedièiek(dvojvstupová a trojvstupová).JEDINEÈNOS NANOLOGIKYSkôr, ako sa pozrieme <strong>na</strong> samotný princíp èinnosti<strong>na</strong>nologiky, pozrime sa <strong>na</strong> jej praktické prínosy.1 23 4K <strong>na</strong>jvýz<strong>na</strong>mnejším patria potvrdenie monostiïalšieho zmenšovania logických obvodov, z ktorýchsa <strong>sk</strong>ladajú <strong>na</strong>príklad mikroprocesory, ale ajzníenie energetickej nároènosti.Kým vedci z Intelu a ostatných firiem produkujúcichpolovodièe sa s<strong>na</strong>ia zachova platnos Moorovhozáko<strong>na</strong> pre <strong>na</strong>jblišie obdobie, vïaka <strong>na</strong>no-34 PC REVUE 12/2002
R E V U Elogike IBM by sa tento zákon daludra v platnosti ešte riadne dlhýèas. Staèí, ak uvedieme, e <strong>na</strong>jzloitejšízo štvorice predstavených obvodov(trojvstupová triedièka) bolrealizovaný <strong>na</strong> ploche 12 × 17 <strong>na</strong>nometrov,èo je takmer 260 000-krát menej ne plocha, ktorá je <strong>na</strong>realizáciu rov<strong>na</strong>kého obvodu potrebnápri pouití súèasnej <strong>na</strong>jmodernejšejpolovodièovej technológie.Ak vám toto porov<strong>na</strong>nie niè nehovorí,ponúkneme vám ïalšie:kým Intel hovorí o výrobe mikroprocesorovobsahujúcich miliardutranzistorov v èasovom horizonte nieko¾kých rokov,prièom rozmery èipu by mali osta porov<strong>na</strong>te¾né sosúèasnými mikroprocesormi, vedci z IBM hovoriao tom, e <strong>na</strong> kruh s priemerom 7 mm je monéumiestni 190 miliárd hotových logických obvodov.Zaujímavo, ale celkom logicky znie aj ïalšífakt, ktorý celkom isto bude hovori v prospech<strong>na</strong>notechnológií – spotreba energie. Na rozdielod klasického elektrického logického obvodu,v ktorom spotrebúva energiu celý obvod, v prípade<strong>na</strong>nologiky je pod¾a vedcov jedinou energioudodanou „zvonka“ vstupný impulz! Jeho energiasa rovná jednému elektrónvoltu, èo je asi100 000-krát menej ne <strong>na</strong> svoju èinnos potrebujúkonvenèné logické obvody.1 2 3Trojica schematických obrázkov dvojvstupového hradla AND. Na prvom je hradlo v pokojovom stave, „vo¾né“ molekuly (modré) súv štruktúre udriavané príalivými silami (biele polia) pôsobiacimi medzi nimi a molekulami základnej štruktúry (èervené).Na druhom obrázku je situácia po privedení spúšacieho impulzu <strong>na</strong> prvý vstup. Ten spôsobí uvo¾nenie molekúl do druhého stabilnéhostavu (molekuly, ktoré zmenili postavenie, sú zelené). Na poslednom obrázku je výsledný stav obvodu po privedení impulzu aj<strong>na</strong> druhý vstup. Po òom sa „uvo¾nili“ aj ostávajúce molekuly a <strong>na</strong> výstupe sa objaví signál.PRINCÍP ÈINNOSTIExperimentálne <strong>na</strong>nologické obvody, s ktorými sapracuje v laboratóriách IBM, sú vytvorené z molekúlCO, ktoré sú presne rozmiestnené <strong>na</strong> podlokez medi. Molekuly CO sú <strong>na</strong> podloke usporiadanétak, aby tvorili stabilnú štruktúru. V prípade, e jeprivedený vstupný „impulz“, je jeho pôsobenímuvedená do pohybu jed<strong>na</strong> (vstupná) molekula CO.Zme<strong>na</strong> jej polohy spôsobí presun ïalšej molekuly,èo v precíznej štruktúre vyvolá reazovú reakciu,podobnú efektu padajúcich kociek domi<strong>na</strong>. Vhodným<strong>na</strong>stavením molekúl CO je moné vytvorilogické obvody, poèí<strong>na</strong>júc tými <strong>na</strong>jjednoduchšímicez tie zloitejšie. Koneèný stav obvodu je reprezentovanýpolohou „výstupnej“ molekuly, ktoráv prípade, e ostane <strong>na</strong> pôvodnom mieste, reprezentujelogickú nulu a v prípade zmeny polohyreprezentuje logickú jednotku.Pre pochopenie èinnosti obvodov je ideálnepozrie si video, ktoré je dostupné <strong>na</strong> internetovýchstránkach spoloènosti IBM (http://domino.research.ibm.com/Comm/bios.nsf/pages/cascade.html/$FILE/cascade_small.wmv).Ak nemáte pripojenie k internetu, isto vám postaèiaaj obrázky. Na prvom je model štruktúrytrojvstupovej triedièky v „pokojovom stave“. Nadruhom obrázku je zme<strong>na</strong> stavu obvodu vyvolanáprivedením signálu (logickej jednotky) <strong>na</strong>vstup X. Na treom obrázku je stav obvodu poprivedení signálu (logickej jednotky) <strong>na</strong> vstup Ya <strong>na</strong> poslednom obrázku je stav obvodu po privedenísignálu (logickej jednotky) <strong>na</strong> vstup Z.VSTUPNÉ A VÝSTUPNÉ SIGNÁLYNesporne <strong>na</strong>jvýz<strong>na</strong>mnejším úspechom vedcovz IBM je <strong>sk</strong>utoènos, e okrem zostavenia základnýchlogických obvodov zvládli aj privedenievstupných signálov a odvedenie signálov z výstupov.Bohuia¾, o spôsobe riešenia tohto problémusa v správach od IBM nehovorí. Niet sa však èomuèudova, práve vyriešenie tohto problému je totiv oblasti <strong>na</strong>notechnológií, respektíve v prepojenímechanických a elektronických <strong>na</strong>nokomponentov,povaované za k¾úèové z poh¾adu ich budúceho<strong>na</strong>sadenia v praxi. Iba <strong>na</strong> ilustráciu zloitostitohto problému spomeòme, e <strong>na</strong> uvedenie ka<strong>sk</strong>ádymolekúl „do pohybu“ staèí energia <strong>na</strong> úrovni1 EV (elektrónvoltu). V súvislosti s prepojenímvstupu <strong>na</strong>nologického obvodu s elektrickýmiobvodmi bolo teda potrebné vyrieši problematikuprispôsobenia energetických úrovní. Problematikaprevodu výstupného signálu je ešte zloitejšia,pretoe pohyb ka<strong>sk</strong>ády molekúl je <strong>na</strong> výstupe<strong>na</strong>nomechanickej logiky reprezentovaný zmenoupolohy jedinej molekuly! Pritom je potrebné zaistisprávnu detekciu zmeny jej polohy tak v priestore,ako aj v èase, <strong>na</strong>vyše je potrebné zí<strong>sk</strong>aný výstupnýsignál opä previes <strong>na</strong> vyššiu úroveò, s ktoroubudú schopné pracova ïalšie obvody.PODMIENKY ÈINNOSTINanodomino má <strong>na</strong>teraz aj slabé stránky. K tým<strong>na</strong>jvánejším patria podmienky, za ktorých logickéobvody <strong>na</strong> jeho báze v súèasnosti fungujú. A tie sú<strong>na</strong> míle vzdialené benému pouitiu. Všetky pokusysa toti u<strong>sk</strong>utoèòujú pri teplote blízkej absolútnejnule, presnejšie v rozsahu 4 ÷ 10 stupòov <strong>na</strong>d òou!Druhou z podmienok je vákuum vysokého stupòaa sledovanie èinnosti obvodov je moné iba prostredníctvomkvalitného elektrónového mikro<strong>sk</strong>opu.Kedy sa doèkáme poèítaèov s <strong>na</strong>nologikou? Upredchádzajúci výpoèet dáva tuši, e <strong>na</strong>teraz ide o„špás“, ktorý si v súèasnosti môu dovoli iba špièkovovybavené laboratóriá. Pod¾a vedcov z IBM všakkrátky èas, ktorý <strong>na</strong> vývoj celej technológie potrebovali(dva roky), dáva výbornú perspektívu dobudúcnosti. Cesta k reálnym produktom, ktoré bytento princíp pouívali, však iste ešte nejaký rôèikpotrvá. Prvoradou úlohou stojacou v súèasnostipred vý<strong>sk</strong>umníkmi je vytvori technologické zázemie<strong>na</strong> hromadnú produkciu takýchto zariadení.A samozrejme, dorieši aj niektoré problémy súvisiaces <strong>na</strong>nomechanickými logickými obvodmi. Akototi uvádzajú vedci z vý<strong>sk</strong>umného centra, v súèasnosti<strong>na</strong>jintenzívnejšie pracujú <strong>na</strong> riešení dvojiceproblémov. Prvým je problém „strácajúcich“ sa atómov,druhým <strong>sk</strong>utoènos, e príprava obvodu dopoèiatoèného stavu trvá v súèasnosti nieko¾ko hodí<strong>na</strong> to by v reálnom <strong>na</strong>sadení bolo vánou prekákou.Zdroj: http://<strong>www</strong>.research.ibm.com/resources/news/20021024_cascade.shtmlPeter Orvi<strong>sk</strong>ý12/2002 PC REVUE 35
Change language