Cine are nevoie de tranzistori? Cercetatorii HP obtin noi succese in domeniul molecular

Intr-o lucrare publicata in Journal of Applied Physics, trei membri ai grupului Quantum Science Research (QSR) de la HP Labs prezinta tehnologia crossbar latch, care asigura refacerea si inversarea semnalului in calculele obisnuite fara sa fie nevoie de tranzistori. Tehnologia poate sta la baza unor calculatoare de mii de ori mai puternice decat cele actuale.
“Reinventam computerele la scara moleculara”, spune Stan Williams, cercetator principal si director la QSR, unul dintre autorii lucrarii. “Crossbar latch ofera un element cheie necesar construirii unui computer folosind componente a caror dimensiune este de ordinul nanometrilor, usor de contruit si la preturi accesibile”.
QSR foloseste componente electronice de ordinul nanometrilor care vor completa pentru prima oara si vor inlocui probabil, la un moment dat, tehnologia bazata pe siliciu, ale carei limite fizice se estimeaza ca vor fi atinse in circa 10 ani. In afara explorarii principiilor stiintifice ale informaticii la nivel molecular, QSR studiaza si aspectele privind arhitectura si modul in care pot fi fabricate economic si in cantitati de masa astfel de componente minuscule – mii de astfel de componente alaturate avand grosimea unui fir de par.
Experientele au demonstrat ca latch-ul consta dintr-un singur fir care actioneaza ca o linie de semnal, intersectata de doua linii de control printr-o conexiune electrica comutabila la scara moleculara acolo unde se intersecteaza. Prin aplicarea unei secvente de impulsuri de tensiune, liniile de control si comutatoarele folosite orientate spre polaritati opuse, latch-ul poate executa operatiunea NOT, una dintre operatiile logice de baza ce se pot executa intr-un circuit primar, alaturi de AND si OR, si care sunt esentiale pentru efectuarea calculelor obisnuite. In plus, ea poate restabili un nivel logic dintr-un circuit la valoarea sa de tensiune ideala, permitand unui proiectant sa inlantuie mai multe porti simple pentru efectuarea calculelor.
Circuitele standard de semiconductoare necesita trei tranzistori terminali pentru efectuarea operatiei NOT si refacerea semnalelor. Totusi, multi cred ca tranzistorii nu vor putea fi micsorati la dimensiunea catorva nanometri, ramanand functionali.
“Tranzistorii vor continua sa fie folositi in anii urmatori in circuitele din siliciu conventionale”, spune Phil Kuekes, senior computer architect la QSR, un alt co-autor al lucrarii, “dar s-ar putea ca la un moment dat ei sa fie inlocuiti in computere, asa cum ei insisi au inlocuit tuburile electronice si cum tuburile electronice au inlocuit releele electromagenetice”.
Kuekes a obtinut in iulie 2003 patentul pentru crossbar latch (U.S. 6.586.965), iar lucrarea publicata in Journal of Applied Physics, intitulata “Crossbar latch: Stocarea, refacerea si inversarea in circuitele crossbar”, prezinta aplicarea tehnologiei. Duncan R. Stewart, cercetator la QSR si cel de-al treilea co-autor al lucrarii, a efectuat cele mai multe teste care demonstreaza functionarea componentei. Lucrarea a fost riguros examinata inainte de publicare.
“Am demonstrat anterior ca putem face sa functioneze o memorie cu conexiuni de dimensiuni moleculare si componente logice care pot executa operatii logice simple de tipul AND si OR”, spune Stewart. “Prin crossbar latch, avem acum componenta finala necesara din punct de vedere teoretic pentru executarea multiplelor etape de procesare necesare calculelor la scala nanometrica”.
Cercetarile pentru crossbar latch au fost suportate partial de Agentia pentru Proiectele Speciale de Cercetare in Domeniul Apararii (DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency).