Новые технологии позволят создать суперкомпьютеры размером с часы
В январе HP и Калифорнийский университет запатентовали процесс производства модулей памяти из решеток проводников, каждая из которых имеет в ширину всего несколько атомов, связанных одномолекулярными переключателями

Несколько лет назад компания Hewlett-Packard выпустила 256-процессорный компьютер, при этом 220 тыс. его компонентов были дефектными. Результаты потрясли специалистов. Компьютер был создан в лаборатории HP Labs из обычных, но обязательно исправных кремниевых микросхем, в рамках программы по молекулярным вычислениям. Сотрудники лаборатории показали, что интеллектуальное ПО позволяет компьютеру работать даже в том случае, если многие из его компонентов имеют дефекты. Это свойство принципиально необходимо для создания компьютеров из компонентов, компоненты которых настолько миниатюрны, что их надежность невозможно гарантировать.

«Мы знаем, что на молекулярном уровне неизбежны сбои, — заметил Стэнли Уильямс, руководитель программы исследований в области квантовых вычислений в HP Labs. — Мы не пытались создать совершенные микросхемы, как это стремится сделать Intel».

На протяжении трех десятилетий плотность транзисторов в кремниевых микросхемах удваивалось каждые полтора года. Но эксперты считают, что, согласно законам квантовой физики, примерно через десять лет дальнейшие усовершенствования станут невозможными.

Вместе с тем исследователи полагают, что ситуацию могут спасти микроскопические переключатели, созданные из отдельных молекул, размер которых в тысячи раз меньше, чем размер кремниевых транзисторов. По их прогнозам, молекулярная технология будет использоваться для создания суперкомпьютеров размером с наручные часы и диагностических датчиков, которые можно будет вводить в вены.

«Вычислители» HP Labs строятся с применением переключателей, созданных из молекул ротаксана — органического химического вещества. Компания уже представила простейший молекулярный переключатель, и сейчас работает над схемой, которая способна объединять булевы операторы «и» и «или». В молекулярном переключателе молекула помещается между двумя проводниками. Напряжение, передаваемое по проводникам, меняет форму молекулы, которая, в свою очередь, меняет свое электрическое сопротивление. Если сопротивление низкое, переключатель считается замкнутым, представляя логическую единицу. Когда сопротивление высокое, переключатель разомкнут, представляя логический ноль.

Уильямс в ближайшие несколько лет рассчитывает создать молекулярный процессор столь же мощный, как процессор Intel 4004. (Процессор 4004, разработанный в 1969 году, представляет собой 4-разрядное кремниевое устройство с тактовой частотой 104 кГц, содержащее 2300 транзисторов.) Уильямс считает, что микропроцессоры, созданные на молекулярных переключателях, опередят по своим возможностям кремний в ближайшие десять-пятнадцать лет.

Уильямс надеется создать экспериментальный модуль памяти из молекулярных переключателей, который может хранить 1 трлн. бит на одном квадратном сантиметре в течение семи лет. Такая плотность хранения примерно в 1000 раз больше, чем у современных кремниевых модулей памяти.

«Самая большая сложность заключается в том, что мы не понимаем принципов фундаментальной физики, лежащих в основе наших устройств, — заметил Уильямс. — Вице-президент компании посмотрел мне прямо в глаза и заявил, что не будет утверждать расходы на развертывания производственных мощностей, если я не смогу гарантировать ему, что мы точно знаем, как и почему это все работает. Если вы не понимаете фундаментальных физических процессов, происходящих в этом устройстве, то в случае поломки вы не сможете его исправить. Кроме того, не сможете восстановить производство и в случае сбоя».