ตั้งแต่ชิปตัวประมวลผลซิลิกอนแรกปรากฏคำว่า” ฮาร์ดแวร์โมเลกุล ” กำลังพยายามทำให้มันเป็นจริง ผู้ผลิตฮาร์ดแวร์ต้องเผชิญกับความท้าทายมานานแล้ว ใส่ทรานซิสเตอร์ให้ได้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ในขนาดที่เล็กลง และ ช่องว่างขนาดเล็ก และฮาร์ดแวร์ระดับโมเลกุลอาจเป็นคำตอบสำหรับคำอธิษฐานของคุณ แต่ทำไมมันยังไม่เป็นความจริง? ในบทความนี้เราจะเจาะลึกแนวคิดและพยายามหาคำตอบ
ใน 2014, อินเทล ฉลองการเปิดตัวโปรเซสเซอร์รุ่นแรกที่มีทรานซิสเตอร์ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นผมเส้นเดียวประมาณ 6,000 เท่า แต่ก็ยังห่างไกลจาก ทำให้ทรานซิสเตอร์ในระดับโมเลกุล .
เมื่อวันที่ 17 มิถุนายน 2016 กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยปักกิ่งอาจแสดงให้เห็นว่าความฝันนี้ใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากกว่าที่เราคิดและเนื่องจากการแข่งขันเพื่อสร้างฮาร์ดแวร์ที่มีขนาดเล็กมากขึ้นอย่างต่อเนื่องเราก็สามารถจินตนาการได้ว่า รวมถึงความท้าทายที่ผู้ผลิตจะต้องเผชิญเพื่อทำให้เทคโนโลยีนี้เป็นจริง
ฮาร์ดแวร์ขนาดโมเลกุล
เมื่อใดก็ตามที่เรานึกถึงโมเลกุลเราจะนึกถึงสิ่งที่เล็กเป็นพิเศษมากจนสามารถมองเห็นได้ด้วยทีมงานที่มีความเชี่ยวชาญสูงเท่านั้น ปัญหาก็คือไม่เหมือนกับอะตอมโมเลกุลมักไม่มีขนาดของกล้องจุลทรรศน์ เมื่อมีคนพูดถึงทรานซิสเตอร์ที่สร้างขึ้นด้วยโมเลกุลเดี่ยวสิ่งแรกที่เราควรถามตัวเองคือ: เรากำลังพูดถึงโมเลกุลประเภทใด?
และมันก็คือห่วงโซ่โมเลกุลสามารถมีขนาดมหึมา พอลิเมอร์เหมือน DNA ภายในเซลล์ทุกเซลล์ในร่างกายของเราสามารถวัดได้ระหว่าง 1.5 ถึง 3 เมตรเมื่อยืดออกจนสุดและยังคงเป็นโมเลกุล โดยปกติเราจะใช้คำศัพท์เช่นโมเลกุลของน้ำเป็นจุดอ้างอิงสำหรับขนาดและจะวัดได้โดยประมาณ เส้นผ่านศูนย์กลาง 0.275 นาโนเมตร . สิ่งนี้คือโมเลกุลของ DNA และ H2O ไม่สามารถครอบคลุมการแสดงขนาดของทรานซิสเตอร์สำหรับโปรเซสเซอร์พีซีได้อย่างเหมาะสม
ย้อนกลับไปที่งานวิจัยของมหาวิทยาลัยปักกิ่งที่เรากล่าวถึงก่อนหน้านี้สิ่งที่เรารู้ก็คือพวกเขาสามารถสร้างทรานซิสเตอร์โดยใช้อิเล็กโทรดกราฟีน (การจัดเรียงโมเลกุลของคาร์บอนที่มีอะตอมหนา) โดยมีกลุ่มเมทิลีนอยู่ระหว่างกัน สิ่งที่พวกเขาไม่ได้กล่าวคือทรานซิสเตอร์เหล่านี้มีขนาดใหญ่เพียงใด แต่เมื่อพิจารณาว่ากลุ่มของกราฟีนและเมทิลีนมีขนาดเล็กเพียงใดเราจะเข้าใจได้ว่า ขนาดของมันจะใกล้เคียงกับโมเลกุลของน้ำ .
ขนาดไม่ใช่ทุกอย่างเมื่อพูดถึงทรานซิสเตอร์
แม้ว่าแนวคิดที่สำคัญที่สุดในเทคโนโลยีนี้คือการสามารถใส่ทรานซิสเตอร์ได้มากขึ้นในพื้นที่ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้การลดขนาดของทรานซิสเตอร์เหล่านี้ไม่ใช่สิ่งเดียวที่สามารถทำได้เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ นอกเหนือจากการสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดโมเลกุลที่มีประสิทธิภาพซึ่งมีอายุการใช้งานที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (อย่างน้อยหนึ่งปี) กว่ารุ่นก่อน ๆ (ไม่กี่ชั่วโมง) แล้วนักวิจัยในปักกิ่งยังได้ค้นพบความก้าวหน้าอีกครั้ง
หากทรานซิสเตอร์ในปัจจุบันสามารถสื่อสารด้วยการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนสิ่งที่พวกเขาทำได้ก็คือทรานซิสเตอร์โมเลกุลเหล่านี้สามารถสื่อสารซึ่งกันและกันได้โดย โฟตอนเคลื่อนที่ แทน. โฟตอนเดินทางได้เร็วกว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาก (โดยเฉพาะเร็วกว่า 100 เท่า) ซึ่งหมายความว่าเราสามารถอัดทรานซิสเตอร์จำนวนมากลงในช่องว่างขนาดเล็กและทำให้แต่ละตัวมีความเร็วเพิ่มขึ้นเหมือนอย่างที่กอร์ดอนมัวร์เท่านั้นที่จะเกิดขึ้นได้ ฝัน.
เรากำลังพูดถึงว่าเราไม่เพียง แต่จัดการกับทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กเท่าโมเลกุลของน้ำเท่านั้น แต่ยังสามารถสื่อสารได้เร็วกว่าปัจจุบันถึง 100 เท่า หากเราสามารถแปลสิ่งนี้เป็นโปรเซสเซอร์เดสก์ท็อปอย่างที่เรารู้จักกันจนถึงตอนนี้นั่นหมายความว่าเราจะมี CPU ที่มีขนาดเท่ากัน แต่มีการบริโภคที่ต่ำกว่ามากและด้วย ประสิทธิภาพสูงกว่า 100 เท่า .
แล้วทำไมเราถึงไม่มีฮาร์ดแวร์โมเลกุล?
ปัญหาที่นักวิจัยพบกับเทคโนโลยีนี้เป็นปัญหาเดียวกันที่เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่เราจัดการกับสิ่งต่าง ๆ ในระดับอะตอมหรือโมเลกุล: ไม่แน่นอน . ตัวอย่างเช่นสนามแม่เหล็กไฟฟ้ามีแนวโน้มอย่างมากที่จะทำให้โครงสร้างอะตอมของโลหะและวัสดุนำไฟฟ้าอื่น ๆ เปลี่ยนแปลงเล็กน้อย การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวสามารถตีความได้ว่าเป็นสัญญาณ (ตัวอย่างเช่นค่าและเลขศูนย์ของระบบเลขฐานสอง) แต่ "ธัญพืช" ที่มีขนาดเล็กเหล่านี้ ได้ ด้วย ทำให้ทรานซิสเตอร์ทำงานผิดปกติ .
สำหรับตอนนี้พวกเขาได้จัดการสร้างทรานซิสเตอร์ (ซึ่งไม่ได้เป็นอะไรมากไปกว่าสวิตช์จำไว้) ซึ่งสามารถเปิดและปิดได้ประมาณ 100 ครั้งก่อนที่จะ "ตาย" และใช้งานได้นานถึงหนึ่งปี แม้ว่านี่จะเป็นความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมเมื่อเทียบกับสิ่งที่เรามีอยู่ในขณะนี้ แต่คุณจะคิดว่ามันยังไม่เป็นไปได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทรานซิสเตอร์เปิดและปิดหลายล้านครั้ง
ความท้าทายที่แท้จริงครั้งแรก เรากำลังเผชิญอยู่นั้นคือการแยกสภาพแวดล้อมไมโครไฟฟ้าในลักษณะที่สามารถทำได้ ฟังก์ชั่นสำหรับ อย่างน้อยที่สุด ทศวรรษ .
แต่ในที่สุดแม้ว่าพวกเขาจะสามารถสร้างทรานซิสเตอร์โมเลกุลที่ทนทานและทนทานได้ แต่เราก็ต้องเผชิญหน้ากับ ความท้าทายที่สอง : ผลิตเป็นจำนวนมาก สำหรับอนาคตอันใกล้ ICs เป็นมาตรฐานทองคำสำหรับการสื่อสารฮาร์ดแวร์ภายในและการทำให้ระบบนี้ทำงานร่วมกับระบบโมเลกุลนั้นเป็นไปไม่ได้เลย
ในคำอื่น ๆ ความท้าทายที่สาม จะทำการปรับแต่งส่วนที่เหลือของฮาร์ดแวร์เพื่อให้สามารถทำงานร่วมกับโปรเซสเซอร์ที่มีทรานซิสเตอร์โมเลกุล
อนาคตของเทคโนโลยีนี้
ความพยายามในการสร้างฮาร์ดแวร์ระดับโมเลกุลนั้นน่าดึงดูดและมีแนวโน้มสำหรับความก้าวหน้าที่จะนำไปสู่มนุษยชาติ (และเรากำลังพูดถึงมากกว่าโปรเซสเซอร์พีซีตั้งโต๊ะแน่นอน)
หากผู้ผลิตสามารถเอาชนะอุปสรรคต่าง ๆ เช่นต้องการอุณหภูมิในการอ่านข้อมูลกำจัดช่องว่างการเชื่อมต่อระหว่างโมเลกุลและวงจรแม่เหล็กไฟฟ้าในปัจจุบันและทำให้อายุการใช้งานของพวกเราอยู่ในช่วงการปฏิวัติที่แท้จริง เทคโนโลยีที่ จะเปลี่ยนโลกตามที่เรารู้ .
