Temat: Komputer wyrośnie w doniczce w 2020 roku ?

Komputer wyrośnie w doniczce

CZYLI O TYM, CO CZEKA INFORMATYKĘ

Komputer wyrośnie w doniczce
Czy procesory wyrosną kiedyś na... drzewie?

Niewykluczone, że za kilkanaście lat komputer będzie bardziej przypominał roślinę niż dzisiejsze pudełko - także w swojej wewnętrznej budowie. Era krzemu, z którego wykonywane są podzespoły, zbliża się bowiem do końca. Pytanie co dalej, jak zmienią się nasze komputery? - Być może trzeba szukać w połączeniu fizyki i chemii, w tworzeniu nowych materiałów, w inżynierii materiałowej skierowanej w stronę nanostruktur - tłumaczy tvn24.pl dr Jacek Szczytko z Inżynierii Nanostruktur Wydziału Fizyki UW.
Zobacz infografikę Nasz rozmówca, dr Jacek Szczytko w odbiciu krzemowego wafera - "wafla" z którego wycina się procesory
Krzem jest drugim po tlenie najpowszechniej wystepującym pierwiastkiem na Ziemi. Licząc na wagę nasza stanowi ponad 1/4 naszej planety - niemal 27 proc. To właśnie ze związków tego pierwiastka składa się większość skał ziemskiej skorupy.

"Od zawsze" krzem jest także niezbędnym składnikiem żywych organizmów. Od calkiem niedawna zaś stał się także podstawowym budulcem układów elektronicznych - i wręcz symbolem rewolucji w nowej dziedzinie: informatyce.

Na początku był german

Wszystko zaczęło się jednak wcale nie od krzemu (Si), a od germanu (Ge).
Najnowsze badane procesory mają około 8 nm. Żeby uprzytomnić ile to jest, wyobraźmy sobie, że kładziemy taki tranzystor na piłce futbolowej. Jego skala do piłki była by taka sama, jak byśmy tą piłkę położyli na księżycu.
Dr Jacek Szczytko, Inżynieria Nanostruktur, Wydziału Fizyki UW
- Pierwszy tranzystor zbudowano właśnie w oparciu o ten pierwiastek (z tranzystorów składają się procesory – patrz ramka). Dopiero potem okazało się, że z technologicznego punktu widzenia "łatwiejszy" jest krzem - mówi dr Jacek Szczytko z Inżynierii Nanostruktur Wydziału Fizyki UW.

I dodaje: - Krzem jest królem, ale królową tej technologii jest tlenek krzemu. Izolator, który bardzo łatwo się tworzy – dodaje naukowiec. To prawda: by uzyskać tlenek krzemu, wystarczy wystawić krzem na działanie powietrza atmosferycznego.

Za mało miejsca

Współczesna elektronika to miniaturyzacja: coraz więcej tranzystorów upakowanych na milimetrze kwadratowym krzemowej płytki. Gęściej ustawione tranzystory, to coraz cieńsze warstwy izolatora miedzy nimi - i powoli zblizamy się do momentu, gdy tlenek krzemu już nie wystarczy. Jego izolacyjna warstwa okaże się zbyt cienka, by powstrzymać przepływ prądu, a takie pełni zadanie w strukturze procesora.

Jest na to jeszcze sposób: krzem domieszkuje się, czyli wprowadza się do niego niewielkie ilości materiałów tak dobranych, by można było dalej miniaturyzować tranzystor.

I choć dr Szczytko podkreśla, że w laboratoriach jest jeszcze zapas "powiedzmy na dwie, trzy generacje nowych procesorów", to losy krzemu jako podstawy rozwoju elektroniki juz są przesądzone.

Prawo Moore’a

Obecnej technologii nie powstrzymuje jednak wyłącznie budowa atomowa pierwiastków chemicznych. Istotną barierą jest też... ekonomia.

Około 2030 roku nie będzie sensu mówić o istniejących dziś tranzystorach bowiem nawet nie wyobrażamy sobie, jak można by zbudować tranzystory wielkości atomu.
Internet wyjdzie z kompa
Chiny, rok 2018. Wyjmujesz swój telefon i prosisz go, by zamówił dla ciebie... czytaj więcej »
W roku 1965 Gordon Moore, późniejszy założyciel firmy Intel (głównego producenta procesorów na świecie), na podstawie znanego w ekonomii prawa, sformułował zasadę, która do dziś funkcjonuje jako "Prawo Moore’a". Co głosi? Że liczba komponentów procesora - tranzystorów - podwaja się co 18-24 miesiące.

- Jeśli więc dziś mamy procesor, który ma pół miliarda tranzystorów, za 18 miesięcy będziemy mieli taki, który będzie miał miliard tranzystorów. Za tę samą cenę, na tej samej powierzchni – tłumaczy dr Szczytko.

I jego konsekwencje

Obok pierwszego Prawa Moore’a, funkcjonuje także drugie. - Mówi ono, że koszt kolejnej fabryki, którą trzeba zbudować, aby tworzyć coraz doskonalsze i szybsze tranzystory, również się rośnie w tempie wykładniczym – tłumaczy naukowiec.
Zobacz infografikę Wafer krzemowy z kolekcji wydziału Fizyki UW (tvn24.pl)
Słowo "wykładniczym" w praktyce oznacza - w zawrotnym tempie. Oszacowano, że około 2025 roku koszt jednej nowej fabryki wyniesie bilion dolarów (10 do potęgi 12) czyli tyle, co straty całego amerykańskiego sektora finansowego w 2008 roku...

Jak jednak podkreśla dr Szczytko, firmy produkujące procesory podejmują liczne działania, które skutecznie powstrzymują zawrotne tempo wzrostu tych kosztów. Jednak w końcu nawet najbogatsze firmy mogą trafić na finansowy i techniczny mur nie do przebicia.

- Wzrost wykładniczy nie może trwać w nieskończoność, bo bardzo szybko doszlibyśmy do jakichś gigantycznych i absurdalnych wielkości - mówi dr Szczytko. Jak dodaje, prawo Moore'a też nie może działać w nieskończoność, bo wielkość komponentów także maleje. - W związku z tym po pewnym czasie procesory musiały by być mniejsze od atomu, co jest oczywistym nonsensem - wyjaśnia naukowiec.

Problemy widać od dawna

Jak podkreśla, producenci procesorów problemy mają od dawna, a jedynie sprawny marketing je maskuje.
Wirtualne światy – Internet dzisiaj
Najprężniej rozwijający się medium ostatnich lat - Internet. Minęło już... czytaj więcej »


- Zwykły użytkownik jest tego świadkiem, jednak często nie zdaje sobie z tego sprawy. Jakiś czas temu kolejne generacje procesorów były sprzedawane jako coraz szybsze. W tej chwili prędkość procesorów w pewien sposób się nasyciła – tłumaczy i dodaje: - Ponieważ nie można było już sprzedawać kolejnej generacji jako coraz szybszej, zaczęto sprzedawać coraz większą ilość procesorów w procesorze (czyli większą ilość rdzeni– red.).

Procesor z doniczki?

Wszystko wskazuje więc na to, że przyszłość nie należy już do krzemu. Jaka będzie zatem nowa technologia?
Nanoradio gra Claptona
Zbudowaliśmy w pełni funkcjonalny, zintegrowany radioodbiornik, mniejszy od... czytaj więcej »
- Nauczyliśmy się jak panować nie tylko nad krzemem, ale i nad innymi materiałami. Być może procesory będą robione w zupełnie inny sposób: jakimiś metodami samoorganizacji, w oparciu o inne materiały – spekuluje dr Szczytko.
Strasznie by było fajnie, gdyby opracować metodę chemicznej budowy procesorów, która mogła by wyglądać w ten sposób: w odpowiedniej kolejności mieszamy odpowiednie reagenty, które tworzą struktury, które następnie uczymy, jak mają działać.


Formułuje nawet nieco bardziej oryginalne pomysły: - A może będą robione za pomocą molekuł chemicznych albo wysiewane w nasionach, a potem uczone tego, co mają robić. Jest cała masa mniej lub bardziej fantastycznych podejść do problemu. Za jakiś czas na pewno się z tym zmierzymy.

I choć dr Szczytko zaznacza, że jest to nadal fantastyka naukowa, to już jakiś czas temu w USA przeprowadzony został znaczący i udany eksperyment: – Polegał on na zapisaniu tekstu piosenki "It’s a small Word" w kwasie DNA bakterii. Po stu pokoleniach w bakteriach dało się nadal odczytać ten tekst. Widać więc, że takie hybrydowe podejście, które pozwoliło by naukowcom skupić się na przetwarzaniu informacji, niesie nieprawdopodobne możliwości.

Co z tą Doliną?

Jak uważa dr Szczytko, teraz nadszedł czas na badania nowoczesnych materiałów, przygotowanych do pracy w bardzo małych strukturach – na inżynierię nanostruktur.
Zobacz infografikę Krzemowa Dolina to nie tylko nowoczesne biurowce (sxc.hu)
To kierunek, który powołują właśnie do życia wydziały Chemii i Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Ma przygotować jego adeptów do przyszłych badań, kiedy obiekty będą miały skalę porównywaną do skali pojedynczych molekuł.

- Wtedy być może metody chemiczne będą lepsze od fizycznych aby zaprojektować taką strukturę, wykonać ją, zbadać. Z tym wiąże się tyle kłopotów, że już dziś trzeba ludzi do tego przygotować, aby za jakieś 20 lat potrafili te wyzwania podjąć - mówi naukowiec. Końca technologii krzemowej nie należy się więc obawiać. Czekające nas w niedalekiej przyszłości wielkie zmiany są w końcu podstawą rozwoju.

Nie wykluczone jednak, że za kilka lat jedyne co zostanie z krzemu w technologii budowy procesorów, to nazwa pewnej doliny. - Wydaje mi się, że Dolina Krzemowa będzie nadal "krzemowa", ale być może nie będzie się już zajmowała krzemem, a innymi materiałami, albo w ogóle światem wirtualnym – podsumowuje dr Jacek Szczytko.

Staszek Maksymowicz

Procesor jest zbiorem elementów logicznych (układów), które są zrobione za pomocą prostych przełączników „włączony/wyłączony”. Przełączniki te jak najbardziej przypominają te „nasze”, którymi gasimy i zapalamy światło. Tyle, że sam proces włączenia i wyłączenia też jest sterowany prądem elektrycznym.

Tymi małymi włącznikami są tranzystory – struktury, które mają dwa kontakty a pomiędzy nimi jest przerwa, którą polem elektrycznym jesteśmy w stanie kontrolować: sprawić, że to będzie prawdziwa przerwa lub stan w którym prąd elektryczny będzie mógł płynąć między dwoma kontaktami (rodzaj łącznika – przyp.).

Element, który kontroluje przepływ prądu, który powoduje, że przerwa jest bądź znika, nazywa się BRAMKĄ. To są właśnie te najmniejsze elementy, podawane w danych „modach” technologii krzemowej.

W tej chwili wielkość bramek w tranzystorach wynosi około 40 nm, ale są już laboratoria wykonujące procesory w technologii 32 nm. W przyszłości to będzie pewnie 8 nm.
Dr Jacek Szczytko


//sk

http://www.tvn24.pl/12690,1590664,0,1,komputer-wyrosni...