Создана полная микроэлектромеханическая версия легендарного микропроцессора Intel 4004

Элементы микроэлектромеханического процессора


Группа ученых, в которую входили Ральф Меркл (Ralph Merkle) и Роберт Фреитас (Robert Freitas), продемонстрировала, что при помощи нескольких базовых мироэлектромеханических компонентов может быть создана полноценная тьюринговая вычислительная система. Используя 2-микронную MEMS-технологию, эти исследователи создали полный микроэлектромеханический аналог 4-битного процессора Intel 4004, который появился на свет в 1971 году и стал первым микропроцессором, доступным на коммерческом рынке.

Основным микроэлектромеханическим компонентом системы стал логический элемент 2И-НЕ, вся остальная логика процессора, включая регистры, триггеры, память и т.п., была построена на основе этого базового компонента. Структура созданного MEMS-процессора более проста, что другие попытки реализаций механических тьюринговых вычислительных систем. Но ни в одном из компонентов нет никаких трущихся частей, это обуславливает малое количество энергии, требующейся для работы устройства, и его достаточно высокое быстродействие.

Как уже упоминалось выше, для создания MEMS-процессора была использована технология Multi-User MEMS Processes (MUMPs), которая обеспечивает производство отдельных элементов с минимальным размером в 2 микрона. Для создания комплементарной пары транзисторов требуется площадь 640 на 1017 микронов, а на кремниевой подложке, площадью 2.8 квадратных сантиметра, можно разместить 2200 транзисторов, что эквивалентно количеству транзисторов в микропроцессоре Intel 4004.

Структура микроэлектромеханического сдвигового регистра


Потенциал существующих MEMS-технологий огромен, кроме того, что в ближайшем будущем размеры элементов микроэлектромеханических устройств могут быть уменьшены, за счет чего будет увеличено их быстродействие и экономичность. Уже сейчас на базе существующих микроэлектромеханических компонентов можно создавать логические элементы AND, NAND, NOR, NOT, OR, XNOR и XOR, что, в свою очередь, позволит создавать очень сложные вычислительные узлы и устройства.

Микроэлектромеханические компьютеры, подобные описываемому здесь процессору, имеет потенциал для обеспечения производительности в 1 триллион гигафлопс на ватт. Это в 100 миллиардов раз эффективней самых "зеленых" из существующих суперкомпьютеров, которые обеспечивают производительность порядка 18 гигафлопс на ватт.

Прочитав все описанное выше, можно задаться вопросом, зачем нужна разработка таких экзотических вычислительных систем, если традиционные кремниевые системы и так неплохо справляются с возлагаемыми на них задачами? Однако, множество исследовательских групп занимаются сейчас разработками альтернативных вычислительных технологий, в том числе механических, биологических, биохимических и т.п. Ведь такие технологии в некоторых случаях имеют целый ряд преимуществ перед кремниевой электроникой. Механические системы, к примеру, могут работать при более низких и более высоких температурах, на них не оказывает пагубное влияние радиационное излучение, что делает их идеальными кандидатами на использование в космосе и в других областях с экстремальными условиями эксплуатации.




Ключевые слова:
MEMS, Аналог, Процессор, Intel 4004, Механический, Транзистор, Логический, Элемент, Скорость, Эффективность

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Компания STMicroelectronics возглавляет передовые исследования в области ME ...
  • Новые электронные схемы, нечувствительные к радиации, могут работать на ава ...
  • Первому микропроцессору исполнилось 40 лет.
  • Самокалибрующиеся электромеханические устройства - основа для создания свер ...
  • Intel анонсирует 48-ядерный процессор.




  • 6 мая 2019 15:26
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 4271
    Интересно, а сколько циклов включения-выключения выдерживают столь малые MEMS-контакты? Не думаю, что много, отсюда можно сделать вывод, что сей микропроцессор проработает лишь короткое время.


    --------------------
        
    10 мая 2019 00:23
    #2 Написал: Helltorn

    Публикаций: 0
    Комментариев: 313
    Собственно большинство старых допотопных датчиков в промышленности являются электромеханическими миниатюрными устройствами, получаемыми путем литографии и травления. Технология MEMS позволяет сжать размеры электромеханических устройств до нанометрового уровня. Создание когерентных террагерцевых лазеров позволило осуществить технологию реактивного ионоплазменного травления. Проще говоря в кристалле кремния можно испарять лазером ненужные кристаллы, оставляя решетки необходимой конструкции. Раньше так делались только процессоры (электронные схемы), а теперь ещё и датчики (электромеханические схемы). На одном кристалле теперь можно выращивать приборы с микропроцессорами. Революция уже произошла в области создания микрогироскопов для крылатых ракет и спутников CUBSAT. Все промышленные приборы со временем станут миниатюрными по мере удешевления технологии реактивного ионоплазменного травления. Надёжность MEMS технологий сопоставима с надежностью датчиков давления в инжекторах топливной системы твоей машины. Короче не очкуй:)))
        
    13 мая 2019 19:12
    #3 Написал: smalcom

    Публикаций: 0
    Комментариев: 11
    Класс, замечательный задел.
        

    Информация

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