Биокомпымер
-
реальность
и
Живая теория
іантастика
■ ^
Евгений ФИДЕЛИИ
«В настоящее время, когда каждый новый шаг в совершенствовании
полупроводниковых технологий дается со все большим трудом,
ученые ищут альтернативные возможности развития вычислительных
систем. Естественный интерес ряда исследовательских групп
вызвали природные способы хранения и обработки информации
в биологических системах. Итогом их изысканий будет гибрид
информационных и молекулярных технологий
биокомпьютер».
(По сообщениям журнала РС\Л/еек).
Мини, микри.
.. меньше некуда
Т
р анзи стор (рис. 1) заменил рад и о-
лам пу — и компьютер, прежде за -
нимавший маш инный зал, смог уме-
щаться в тум бах письменного ста-
ла. Н а смену тр ан зи стор у приш ли ин
тегральные схемы (рис. 2) — и ват мы
носим ком пью тер в кармане.
..
Л *
я в в .
V
*
*
V
/
м
чЛ4
Рис.1
И нтегральная схема — это десятки,
а та и сотни тысяч активных элементов:
триодов, диодов, конденсаторов, р а з-
мещ енных м етодам и соврем енной тех-
нологии в палуправад ни ковом кристал-
ле р а зм е р а м м енее ногтя м изинца —
так назы ваем ом
чипе.
М и кр о п р о ц е ссо р
такой же величины м ож ет иметь десят-
ки миллионов активных элементов. П р и -
чем, разм ещ ение их в целях экономии
места ведется в несколько «этажей». О д -
нако ничего в наш ем м ире не дается
даром . З а запах цветов запл ачена хи-
м ической энергией растения, за ш ум
прибая — энергией ветра и волн, за кра-
соту о к р у ж аю щ е го м и р а — энергией
солнечного света. П лати м мы и за ми-
ниатю рность ком пью теров. И х ком пакт-
ность имеет пределы, полагаем ы е ны-
неш ними технологиями. И вот почему.
Ком пактность хо р о ш а не только с а -
м а по себе, на ещ е и потому, что он а
повы ш ает быстродействие электронных
приборов. В больш ом устройстве нуж-
но больш е времени, чтобы электроны
пробеж али свай путь по проводникам,
накопили заряд в конденсаторах. Но,
ум еньш ая р азм е р ы электронны х уст-
ройств, мы должны сохранять на о п р е -
деленном уровне их мощ ность. И наче
выходные сигналы окажутся настолько
слабы, что не будут восприняты в о о б -
ще. А сохранение мощности, в свою оче-
редь, приводит к повы ш ению платности
энергии, выделяемой в единице объема.
М ы здесь сталкиваемся прим ерна вот
с какой ситуацией. Вы вышли погулять в
ветреную пагоду. П о к а ветер не очень
силен, вы легка преодолеваете ега со-
противление. Н о ветер все усиливается,
превращ ается в ураган, и в конце кон-
цов прогулка становится невозмож ной —
того и гляди вас унесет.
.. Такая аналогия
дает на лядное представление а процес-
сах электрамиграции. Суть этага процес-
са заклю чается в том, чта при опреде-
ленной плотности энергии, выделяемой в
единице объема, сила тока в проводни-
ке может достигать миллионов ам пер в
пересчете на квадратный сантиметр! О б -
ладая такой силищей, электроны начи-
наю т «сдувать» атам ы с их законных мест
в кристаллической решетке. И дела кон-
чается тем, что в каком-то месте провод-
ник разруш ается, перестает проводить
электрический ток. Чта делать?
Выход из положения наш ел ам ер и-
канский физик Дж. Баркер. Р аз провод-
ники становятся пом ехой на пути мик-
ром иниатю ри зации аппар атуры , то он
предложил обойтись без них. Дж. Б а р -
кер предложил использовать вместо про-
водимости.
.. туннельный эффект!
С уть дела тут ват в чем. С пеци али -
сты в области физики твердого тела о б -
наруж или странное с наш ей абы деннай
точки зрения явление: время а т врем е-
ни электроны появляются в тех м естах
полупроводникового кристалла, где их
быть не должна. Их кинетическая энер-
гия недостаточна, чтобы преодолеть по-
тенциальный б ар ьер запрещ енны х уров
ней — и все-таки электроны появляют-
ся. Каким о б р а зо м ?
П оп р о б у е м обратиться к пам ащ и т а -
кой механической аналогии. П редставь-
те себе ш арик, который катится па р ов-
ном у сталу. Н а пути ш ар и ка — препят-
ствие, б ар ье р П ерескочить его ш арик
не может, для этого он должен о б л а -
дать по крайней м ере вдвое больш им
за п ас о м энергии. Значит, ш ар и к не м о -
жет оказаться по другую стор ону б а р ь -
е р а ? М аж ет! Н о только при одном ус-
ловии: если на его пути мы проделаем
;в б ар ье р е отверстие, туннель.
В действительности, конечна, никто
никаких туннелей не делает. Ш ар и к-
электран оказывается по ту сторону пре-
пятствия — потенциального б ар ь е р а —
только потому, что он об л ад ае т двой-
ственными свойствами: с одной с то р о -
ны ан — частица, с другой — волна. И
та, чта не пад силу электрану-частице,
вполне доступно электрану-волне.
Ват этот-то туннельный эффект и пред-
ложил использовать Дж. Баркер. Посколь-
ку, благодаря туннельному эффекту, элек-
троны могут «просачиваться» сквозь по-
лупроводниковое вещество, то зачем нуж-
ны проводники? Н уж но вычислить вер о-
ятность перехода электронов из одного
места в другое и допустить, что в д ан-
ном месте — с такой-то вероятностью —
у нас располож ен проводник.
Революционность такого вывода труд-
но переоценить. Баркер, по существу,
перевернул все традиционные представ-
ления классической электроники. В с а -
м ом деле, представьте, каково было бы
водителям, если бы перед м о стам на
обочи не ш ассе вдруг появился плакат:
«Внимание! М а е т ф ункционирует с ве-
роятностью 0.5». Та есть, говоря иными
словами, та ли он есть, то ли ега нет в
данный момент, никто не. знае т (есть в
квантовой теории такой «принцип неоп-
ределенности». —
Прим. ред.).
Н о вооб-
щ е-то, если патак автом обилей будет
непрерывным, есть ш анс, что каждый
второй доберется до другого берега.
Конечно, в обы денной жизни такая
ситуация никага не устроит. Н а физики
довольна часта руководствуются стран-
ными законам и необы чного м ира мик-
рочастиц и, тем не менее, достигаю т хо-
рош их результатов. Так получилось и в
этот раз. Дж. Баркеру удалось убедить
скептиков. Причем сделал он это доволь-
на простым способом : ан построил м о-
дель электронного блока, руководству-
ясь своими принципами. И модель эта
оказал ась вполне р аб отоспособ ной !
Живой кпмныишер
И на этом история новой технологии,
п о существу, только начинается. Д ело в
том, что к этай же проблем е предельной
№39/314 27 сентября -04 октября 2004
предыдущая страница 18 Мой Компьютер 2004 39 читать онлайн следующая страница 20 Мой Компьютер 2004 39 читать онлайн Домой Выключить/включить текст