Новые литографии и сверхточные материалы
Степень микроминиатюризации, размер кристалла ИС, производительность и
стоимость технологии напрямую определяется типом литографии. 5-10 лет
назад доминировала оптическая литография. Дальнейшие успехи связаны с
электронной (лазерной), ионной и рентгеновской литографией. Послойные
рисунки на моторезисторе микросхем наносились световым лучом, а эта
литография позволяла получить более тонкий луч.
Сверхчистые материалы и высоковакуумные технологии
Микроскопическая толщина линий, сравнимая с диаметром молекул, требует
высокой чистоты используемых и напыляемых материалов, применения
вакуумных установок и снижения рабочих температур. Поэтому новые заводы
по производству микросхем представляют собой уникальное оборудование,
размещаемое в “сверхчистых” помещениях.
Борьба с потребляемой и рассеиваемой мощностью Уменьшение
линейных размеров микросхем и повышение уровня их интеграции заставляют
проектировщиков искать средства борьбы с потребляемой( ) и
рассеиваемой( ) мощностью. При сокращении линейных размеров микросхем в
2 раза, их объёмы изменяются в 8 раз. Пропорционально этим цифрам
должны меняться значения и , иначе схемы будут перегреваться и выходить
из строя. За последние 10 лет быстродействия процессоров Intel выросло
в 5-6 раз, а энергопотребление в 18 раз. Напряжение линейных микросхем
упало до 1,5V и менее, а напряжение питания новейших многоядерных
микропроцессов Intel = 1,35V. Дальнейшее понижение нежелательно, так
как в электронных схемах всегда должно быть обеспечено необходимое
соотношение “сигнал-шум”, характеризующее устойчивую работу компьютера.
Протекание тока по микроскопическим проводникам сопряжено с выделением
большого количества тепла. Поэтому, создавая сверхбольшие интегральные
схемы, проектировщики вынуждены снижать тактовую частоту работы
процессора. Дальнейший прогресс в повышении производительности может
быть обеспечен либо за счёт архитектурных решений, либо за счёт новых
принципов построения и работы микросхем.
Пути развития элементарной базы:
Создание молекулярных компьютеров
Во многих странах проводятся опыты по синтезу молекул на основе их
стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и
реагировать на воздействия током, светом и.т.д. Такой компьютер будет в
100 млрд. раз экономичнее современных микропроцессорных устройств.
Основная проблема – обеспечения устойчивости сложных структур.
Квантовые компьютеры Принцип работы элементов квантового
компьютера основан на способности электрона в атоме иметь различные
уровни энергии . Переход электрона с нижнего энергетического уровня на
более высокий связан с поглощением кванта электромагнитной энергии
фотона. При излучении фотона осуществляется обратный переход. Этими
переходами можно управлять, используя действие электромагнитного поля
от атомного молекулярного генератора. Основным блоком квантового
компьютера служит qubit, который может иметь большое число состояний.
Оптические компьютеры Способность света параллельно
распространяться в пространстве даёт возможность создавать параллельные
устройства обработки. Это позволило бы ускорить быстродействие
компьютеров. Проводятся эксперименты по проектированию оптоэлектронных
и оптонейронных отдельных устройств. В связи с появлением многоядерных
процессоров возникла проблема оперативного обмена данными между ядрами.
Появились работы, связанные с буферизацией световых сигналов, с
использованием устройств торможения света. Это позволяет использовать в
компьютерах коммутационные световые элементы для достижения более
высокой производительности.
