|  | 11 февраля 2016 | Электроника и полупроводники

Новый тип оптического транзистора может полностью изменить принципы работы компьютерных чипов

Чип


В настоящее время транзисторы находятся практически в каждом устройстве, они работают в ваших компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях и даже в холодильниках. Каждый новый виток развития технологий требует уменьшения размеров транзисторов, что позволяет разрабатывать все более высокоскоростные чипы и процессоры с большей вычислительной мощностью. Однако, в последние годы дело с сокращением размеров транзисторов обстоит не очень хорошо, приблизившись к пределу физических ограничений его темпы значительно уменьшились, можно сказать практически остановились на месте. Однако, транзистор нового типа, разработанный учеными из университета Северной Каролины, который использует в своей работе принципы фотоники, может стать одной из палочек-выручалочек, которые помогут сдвинуть с мертвой точки процесс увеличения вычислительных мощностей процессоров, определяемый так называемым законом Гордона Мура.

Транзистор, в частности полевой транзистор, использующийся сейчас практически во всех полупроводниковых чипах, по сути, является крошечным "выключателем" с электронным управлением. У него имеются три электрода - сток, исток и затвор. Изменяя напряжение на затворе, можно управлять силой тока, который течет между стоком и истоком. А множество таких транзисторов, объединенных в единую электронную схему, может выполнять и простейшие логические операции, и сложные вычислительные задачи, что определяется величиной и сложностью электронной схемы.

Но сокращение размеров транзисторов является достаточно непростой задачей. Они и так уже имеют размеры, исчисляющиеся десятками нанометров. Основу большинства современных транзисторов составляют тончайшие слои кремния с различными добавками, что придает материалу различные полупроводниковые свойства. И когда структура транзистора становится слишком маленькой, он начинает вести себя совершенно непредсказуемо за счет проявления некоторых эффектов странной квантовой физики, в частности, квантового туннелирования.

Структура транзистора


Как упоминалось выше, током через транзистор, разработанный учеными из Северной Каролины, управляет свет. Когда фотоны света начинают падать на определенный участок поверхности транзистора, он открывается и начинает пропускать ток от истока к стоку. И самым главным является то, что такие устройства могут иметь гораздо меньшие размеры, нежели обычные транзисторы, ведь у них полностью отсутствует управляющий электрод, затвор. Отсутствие этого электрода устраняет возможность возникновения паразитного тока за счет явления квантового туннелирования электронов от стока к затвору и от затвора к истоку, и наоборот.

Физика, определяющая принципы работы нового транзистора, достаточно проста и понятна. В транзисторе использованы фотоматериалы, которые известны достаточно давно и которые проводят через себя электрический ток только при условии освещения их поверхности. В данном случае в роли такого материала выступает лента из кадмия и селена, толщина которой составляет всего несколько атомов. Такой материал при освещении светом лазер изменяет свою электрическую проводимость более чем в миллион раз и это сопоставимо с подобными характеристиками обычных полевых транзисторов.

Все, что написано выше, звучит весьма привлекательно, но существует и несколько проблем, которые будут препятствовать появлению чипов и процессоров на основе транзисторов нового типа. И главной проблемой является проблема оптического управления каждым из отдельных транзисторов, миллионы и миллиарды которых объединены в одну электронную схему. Если технологии такого управления обычными транзисторами отработаны уже достаточно хорошо, то подходящая технология оптического индивидуального управления транзисторами не существует даже в теории.




Ключевые слова:
Оптический, Транзистор, Свет, Управление, Размер, Чип, Вычислительная, Мощность, Закон, Гордон Мур

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Создан самый маленький транзистор на сегодняшний день
  • Двухслойный графен - основа высокоскоростных туннельных транзисторов нового ...
  • Компания Bluestone Global Tech выпустила экспериментальные чипы с графеновы ...
  • Китайским ученым с помощью эффекта квантового туннелирования удалось увелич ...
  • Новые 22 нм. 3D-транзисторы компании Intel обеспечат выполнение закона Горд ...




  • 11 февраля 2016 09:27
    #1 Написал: (ерж

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Я поддерживаю любые инновации в электронике ведущие к уменьшению размера устройства, того же транзистора, только вот почему в области программирования ситуация обратная: "вес" программ с каждым годом только увеличивается, взять хотя бы браузеры. Да, понятно, появляются дополнительные функции, возможности, НО, почему нельзя как-нибудь минимизировать их размер? Ведь если увеличиваются программы в размерах, это, в свою очередь требует увеличения дискового пространства, и получается гонка. Почему разрабатывая программы не придумать механизм компрессии этих файлов по аналогии с электронными устройсвами их так, чтобы это не сказывалось на их работе и не надо было включаться в эту гонку?
        
    11 февраля 2016 09:40
    #2 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    (ерж,
    ну вообще то гонка в том числе и специально поддерживается, чтобы постоянно покупали новые компьютеры, на которых обновляли новое ПО, а более новое ПО требует более мощных компьютеров, на которых запускается более "современное" ПО...
        
    11 февраля 2016 12:30
    #3 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    zlat,
    забавно те, що гонку ту вже навіть спеціально не треба підтримувати, вона вже сама себе розганяє.
    Хто, наприклад, зуміє для десятого віндовса зробити прогу на Асемблері? Кожен?
    Люди все далі й далі від того коду, який буде виконувати процесор. На вершині піраміди. А піраміда має звичку розширюватись донизу.
        
    11 февраля 2016 12:33
    #4 Написал: bundzmm

    Публикаций: 0
    Комментариев: 486
    (ерж,
    Просто для компрессии нужны опять же ресурсы процессора. Но с общей идеей согласен. Вспомнил, как в 2003 году нашел на просторах интернетов файлик размером примерно 500 Кб, но воспроизводивший абстрактное семи минутное видео с музыкальным сопровождением.
        
    11 февраля 2016 12:58
    #5 Написал: Strilec

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    bundzmm,
    а я пригадую, як я на компі з 486DX4-100 (всього 100 мегагерц!) дивився відео повноекранно 800х600 і воно не смикалось! А тепер на кількох гігагерцах відео в віконечку з поштову марку і воно тобі гальмує!
    Прогрес...
        
    11 февраля 2016 13:30
    #6 Написал: zlat

    Публикаций: 0
    Комментариев: 481
    Цитата: bundzmm
    Просто для компрессии нужны опять же ресурсы процессора.

    На самом деле дело не в компрессии, а в оптимизации программ. Можно, конечно запаковать программы, это можно сделать и самому с помощью программ, которые делают самораспаковывающиеся в памяти программы. Но это может сказаться на скорости запуска программы. А вот если оптимизировать код программы, то она будет и работать в разы быстрее, и размер будет на порядки меньше. Но никто (вернее, очень редко кто) этим не заморачивается, ведь это потраченные лишние время и деньги.
        
    12 февраля 2016 07:46
    #7 Написал: cmp167

    Публикаций: 0
    Комментариев: 163
    zlat,
    Стоит добавить, что в браузерах, офисных пакетах и прочем сохранена совместимость со старыми документами и стандартами, то есть, фактически к новым версиям ПО дописыватют новые функции, с сохранением старых включая их ошибки. Принятие новых стандартов, как в басне Крылова про лебедя, рака и щуку каждый тянет одеяло на себя юристы судятся годами и новые стандарты успевают устареть до того как станут официальными.

    А в корпоративном сегменте дело обстоит еще хуже, поскольку огромная часть ПО написана под древние версии, того же эксплорера, и переписывать это стоит много денег, чаще дешевле использовать виртуализацию, когда для доступа к древнему сайту пользователь присоединяется к виртуальной машине на которой запускается древний браузер.

    При этом даже на горизонте нет света надежды, ДАРПА пытается создать ИИ, который будет рашать проблемы совместимости, но это скорее намек, на то, что дальше будет только хуже.
        
    12 февраля 2016 19:24
    #8 Написал: yg2005

    Публикаций: 0
    Комментариев: 104
    bundzmm,
    Это еще что. У меня лет двадцать назад было десятка два экзишных программки под DOS, причем все не более 4 килобайт (4000 байт). Вероятно результаты какого то конкурса программистов. Как они это сделали ума не приложу, уозможно какието внутренние функции процессоров использовались, так вот там в каждой программке были разноцветные вращающиеся бублики самых различных конфигураций, изменяющие свою форму, пересекающиеся и по разному перемешивающиеся. В некоторых еще и довески были типа стая летающих бабочек и прочее подобное. И все это в 4-х килобайтах спрятано. Жаль не сохранились.

    Погуглил, оказывается это соревнования Ассембли называется. Проводится и сейчас.
    Программы называются демки. Самая маленькая весовая категория 1k !!!
        
    14 февраля 2016 17:26
    #9 Написал: gendalf

    Публикаций: 0
    Комментариев: 615
    (ерж, потому что разработка ведется на языках более высокого уровня, что требует меньшее количество человеко-часов, но создаёт большее количество паразитного кода. Не говоря уже обо всяких визуальных и прочих эффектах не имеющих большой практической ценности: типа прозрачности, всяких плагинов поддержки форматов..
    Соответственно всё и весит больше и работает медленнее.
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.