Seit dem Erscheinen der ersten Siliziumprozessorchips ist der Begriff “ molekulare Hardware Hat daran gearbeitet, dies zu verwirklichen. Hardware-Hersteller stehen seit langem vor der Herausforderung von Setzen Sie so viele Transistoren wie möglich in kleinere ein und kleinere Räume und molekulare Hardware könnte die Antwort auf all Ihre Gebete sein. Aber warum ist es immer noch keine Realität? In diesem Artikel werden wir uns mit dem Konzept befassen und versuchen, die Antwort zu erkennen.
In 2014, Intel feierte die Einführung der ersten Prozessoren mit Transistoren, die ungefähr 6,000 Mal kleiner als der Durchmesser eines einzelnen Haares waren, aber dies war noch weit davon entfernt Herstellung von Transistoren auf molekularer Ebene .
Am 17. Juni 2016 hat eine Gruppe von Forschern der Universität Peking möglicherweise gezeigt, dass dieser Traum der Realität näher kam als wir dachten. Da der Wettlauf um immer kleinere Hardware weitergeht, können wir uns auch vorstellen, was dies für uns Benutzer bedeuten wird. sowie die Herausforderungen, denen sich Hersteller stellen müssen, um diese Technologie Wirklichkeit werden zu lassen.
Hardware in Molekülgröße
Wenn wir an ein Molekül denken, denken wir an etwas außerordentlich Kleines, so sehr, dass es nur mit einem hochspezialisierten Team gesehen werden kann. Das Problem ist, dass Moleküle im Gegensatz zu Atomen nicht immer mikroskopische Dimensionen haben. Wenn jemand über einen Transistor spricht, der aus einem einzelnen Molekül besteht, sollten wir uns zuerst fragen: Über welche Art von Molekül sprechen wir?
Und es ist so, dass eine Molekülkette enorm sein kann. Polymere wie DNA in jeder Zelle unseres Körpers können bei vollständiger Dehnung zwischen 1.5 und 3 Meter messen und sind immer noch ein Molekül. Normalerweise verwenden wir Begriffe wie Wassermoleküle als Bezugspunkt für die Größe, und diese messen ungefähr 0.275 Nanometer im Durchmesser . Die Sache ist, dass weder DNA- noch H2O-Moleküle eine korrekte Darstellung der Größe von Transistoren für einen PC-Prozessor richtig umfassen können.
Wir gehen auf die bereits erwähnte Forschung der Universität Peking zurück und wissen, dass es ihnen gelungen ist, Transistoren unter Verwendung von Graphenelektroden (einer molekularen Anordnung von Kohlenstoff mit einer Atomdicke) mit Methylengruppen zwischen ihnen herzustellen. Was sie nicht gesagt haben, ist, wie groß diese Transistoren sind, aber wenn man bedenkt, wie klein die Gruppen von Graphen und Methylen sind, können wir eine Vorstellung davon bekommen Ihre Größe würde der eines Wassermoleküls nahe kommen .
Größe ist nicht alles, wenn es um Transistoren geht
Obwohl das wichtigste Konzept dieser Technologie darin besteht, möglichst viele weitere Transistoren auf kleinstem Raum unterzubringen, kann nicht nur die Größe dieser Transistoren reduziert werden, um dies zu erreichen. Neben der Herstellung eines effektiven Transistors mit molekularer Größe, der eine deutlich höhere Lebensdauer (mindestens ein Jahr) als seine Vorgänger (einige Stunden) aufweist, gelang den Forschern in Peking ein weiterer Durchbruch.
Wenn heutige Transistoren in der Lage sind, durch Bewegung von Elektronen zu kommunizieren, haben sie erreicht, dass diese molekularen Transistoren durch miteinander kommunizieren können bewegte Photonen stattdessen. Photonen bewegen sich viel schneller als elektromagnetische Wellen (insbesondere 100-mal schneller), was bedeutet, dass wir viel mehr Transistoren in kleine Räume stopfen und jedem von ihnen einen Geschwindigkeitsschub geben könnten, wie ihn nur Gordon Moore selbst finden könnte. träumen.
Wir sprechen also davon, dass wir nicht nur Transistoren handhaben würden, die so klein wie ein Wassermolekül sind, sondern auch 100-mal schneller als heute kommunizieren könnten. Wenn wir dies in einen Desktop-Prozessor übersetzen könnten, wie wir ihn bisher kennen, würde dies bedeuten, dass wir eine CPU der gleichen Größe haben würden, aber mit einem viel geringeren Verbrauch und mit einem Leistung bis zu 100-mal höher .
Warum haben wir noch keine molekulare Hardware?
Das Problem, auf das Forscher mit dieser Technologie gestoßen sind, ist das gleiche, das auftritt, wenn wir uns mit Dingen auf atomarer oder molekularer Ebene befassen: es ist instabil . Beispielsweise neigen elektromagnetische Felder stark dazu, dass sich die Atomstrukturen von Metallen und anderen leitenden Materialien geringfügig ändern. Eine solche Änderung kann als Signal interpretiert werden (zum Beispiel die Einsen und Nullen des Binärsystems), aber diese mikroskopischen „Körner“ des Materials könnte ebenfalls verursachen eine Fehlfunktion der Transistoren .
Im Moment ist es ihnen gelungen, einen Transistor zu schaffen (der nichts weiter als ein Schalter ist, denken Sie daran), der etwa 100 Mal vor dem „Sterben“ ein- und ausgeschaltet werden kann und bis zu einem Jahr hält. Obwohl dies im Vergleich zu dem, was wir derzeit haben, eine wunderbare Leistung ist, wie Sie annehmen werden, ist dies noch keine praktikable Sache, insbesondere wenn sich die Transistoren millionenfach öffnen und schließen.
Die erste echte Herausforderung Wir stehen also vor der Aufgabe, eine mikroelektrische Umgebung so zu isolieren, dass dies möglich ist Funktion für mindestens ein Jahrzehnt .
Aber selbst wenn es ihnen endlich gelingen würde, einen lebensfähigen und langlebigen molekularen Transistor zu bauen, wären wir mit dem konfrontiert zweite Herausforderung : Massenproduktion. Auf absehbare Zeit sind ICs der Goldstandard für die interne Hardwarekommunikation, und es ist nahezu unmöglich, dieses System mit molekularen Systemen arbeiten zu lassen.
Mit anderen Worten, der dritte Herausforderung wäre, den Rest der Hardware so anzupassen, dass sie in Verbindung mit einem Prozessor mit molekularen Transistoren arbeiten könnte.
Die Zukunft dieser Technologie
Die Bemühungen, molekulare Hardware herzustellen, sind sicherlich verlockend und vielversprechend für die Fortschritte, die dies für die Menschheit bringen könnte (und wir sprechen natürlich viel mehr als von einem Desktop-PC-Prozessor).
Wenn die Hersteller in der Lage wären, Hindernisse zu überwinden, wie beispielsweise das Erfordernis einer kryogenen Temperatur zum Lesen von Daten, die Konnektivitätslücke zwischen Molekülen und aktuellen elektromagnetischen Schaltkreisen zu beseitigen und ihre Lebensdauer irgendwie lebensfähig zu machen, könnten wir eine echte Revolution erleben. Technologie, die würde die Welt verändern, wie wir sie kennen .
