<< Предыдущая

стр. 12
(из 12 стр.)

ОГЛАВЛЕНИЕ

объемная
плотность монтажа, эквивалентная примерно 2 — 3 ты­сячам радиоэлементов в 1 см3. Это значит, что в кри­сталле кремния размером меньше булавочной головки может разместиться микросхема, содержащая (в пере­счете на обычные радиодетали) 30 — 40 элементов. Но это еще не предел. По мнению ряда специалистов, в недалеком будущем в 1 см3 твердой схемы можно будет «вогнать» до 300 тысяч радиодеталей! К этому нужно добавить очень важное обстоятельство — сама методика изготовления молектронных схем обеспечивает надеж­ность электронной техники, близкую к 100%.
Наступает эра микроэлектроники. Это не пустая звонкая фраза. Опыт создания твердых схем подгото­вил по существу новый этап микроминиатюризации — переход процесса изготовления электронных уст­ройств на атомно-молекулярный уровень*). Электрон-
*) Термин «молекулярная электроника» применяется здесь для интегральных схем преждевременно, так как в данном случае нет и речи о процессе на молекулярном уровне.
ная техника начинает прятаться в недра вещества. Рас­сматривая твердое тело как систему со многими час­тицами в небольшом объеме, ученые стремятся к то­му, чтобы использовать все 10 23 атомов, заключенных в каждом кубическом сантиметре твердого тела. В та­ком объеме теоретически можно разместить миллио­ны элементов электронной схемы.
В последнее время в производстве молектронных схем начали применяться ионнолучевые установки, электроннолучевая и лазерная техника, которые име­ют большие перспективы дальнейшего развития. Диф­ракция не позволяет сфокусировать свет в точку диа­метром менее 0,1 мк, тогда как электронная оптика в состоянии свести электронный луч в пятнышко диа­метром до нескольких ангстрем. Электронный луч умеет многое. Он способен по команде оператора сва­ривать, гравировать, расплавлять, испарять, осаждать материалы из газовой фазы, разлагать химические со­единения, фрезеровать пленки, проделывать микроско­пические отверстия и т. п. Словом, электронный луч в своем универсальном могуществе — это и швец, и жнец, и на дуде игрец.
Еще более великолепными способностями, подоб­но джину из сказок «Тысячи и одной ночи», облада­ет ионный (молекулярный) луч. Сформированный из паров акцепторного или донорного примесного веще­ства, сфокусированный с помощью электромагнитной системы, послушный воле своего повелителя (про­грамме, заданной человеком) и направленный на по­верхность монокристалла кремния, он обеспечивает из­бирательную диффузию, причем глубина проникнове­ния и конфигурация диффундирующего слоя заданы программой. Метод внедрения молекул примесей в кристалл кремния посредством ионного луча позво­ляет добиться более высокой точности образования областей определенной проводимости, чем метод, ис­пользующий механические маски. Ионный луч — мас­тер на все руки. Изменяя состав луча, можно нано­сить на подложку различные элементы электронной схемы — резисторы, конденсаторы, индуктивности, со­единительные проводящие мостики. Так рождается твердая схема, замурованная в кристалл кремния, слов­но мушка в янтарь.
Анализируя весь ход развития электронной техни­ки за последние годы, можно без преувеличения ска­зать, что дела здесь сейчас складываются так, когда чуть ли не каждый успех в естествознании начинает «работать» на микроэлектронику. Метаморфозы пре­дельно чистых веществ, волшебство корпускулярных потоков, парадоксы низких температур, магия лазер­ной оптики, раскрывающиеся тайны биологических структур — все это чудесные ветры, надувающие пару­са кораблика микроэлектроники. Поэтому так легок его бег, так стремительно его продвижение вперед. Ученые считают, что уже в самом недалеком будущем молек-тронные схемы смогут выполнять около 80% функций основных блоков радиоэлектронных устройств, будут стоить в десятки раз дешевле, чем сейчас, а новая тех­нология резко увеличит мощности электронной про­мышленности.
Настоящие и ожидаемые в будущем успехи молек-троники и бионики позволяют строить самые оптими­стические прогнозы относительно создания микроэлек­тронных вычислительных машин с огромным объемом памяти и большим быстродействием при минимальном расходе электроэнергии. Некоторые ученые и, в частно­сти, академик С. А. Соболев считают, что электронной технике не миновать этапа, когда вычислительные ма­шины будут делать на белковой основе. Эту же мысль незадолго до смерти высказал Норберт Винер. На во­прос корреспондента журнала «Юнайтед стейтс ньюс энд уорлд рипорт»: «Что вы можете сказать о будущем вычислительных машин?» — основоположник киберне­тики ответил так:
«Генетическая память — память наших генов — оп­ределяется, по существу, комплексами нуклеиновых кислот. На протяжении последнего года появились ¦основания думать, что память нервной системы имеет такую же природу. На это указывает открытие в моз­гу комплексов нуклеиновых кислот, обладающих свой­ствами, которые в принципе могли бы быть хорошей основой памяти. Я полагаю — и я не одинок,— что примерно в следующем десятилетии подобные прин­ципы будут использованы в технике.
...Будут вещества, сходные с генами. Это потребу-,ет новых фундаментальных исследований. Как осуще-

ствить ввод и вывод информации для генетической памяти, как использовать эту память в машине — ре­шение таких задач связано с обширными исследовани­ями, которые сейчас еще только-только начаты. Не­которые из нас полагают (это еще не проверено), что ввод и вывод информации можно осуществить, исполь­зуя молекулярные спектры испускания и поглощения комплексов нуклеиновых кислот. Сбудется ли это, я не возьмусь утверждать. Но саму идею некоторые из нас рассматривают серьезно».
Далее на вопрос: «Какова будет производитель­ность такой машины (в блоках памяти которой пред­полагают использовать гены. — И. Л.) по сравнению с современными вычислительными машинами?» — Винер ответил:
«Во много раз больше, а размеры ее будут гораз­до меньше ныне существующих. Она сможет перера­батывать гораздо больший объем информации».
Не все ученые согласны с предсказаниями С. А. Со­болева, Н. Винера и др., что в будущем дело дойдет до построения белковых машин. Как бы то ни было, эти перспективы весьма далекие.
Но если заглянуть несколько ближе, то вполне ре­альным может стать создание вычислительных машин на базе так называемой «ростовой» (непрерывной) технологии, широко применяемой в «радиоэлектрон­ном производстве» живой природы.
Хорошо известно, что мозг строится и развивается в результате естественного роста. Выращивать искус­ственные нейроны мы пока еще не научились, но прин­ципиально это вполне осуществимо при условии по­знания механизмов роста живой материи. Во всяком случае, специалисты по бионике, по электронным ус­тройствами, по кристаллографии, по физике твердого тела и другие ученые проявляют большой интерес к «ростовой» технологии, идеально отработанной живой природой. В ряде стран сейчас ведутся интенсивные бионические исследования в этой области. Поскольку вся полупроводниковая техника — это кристалличе­ская техника, ученые особенно большие надежды воз­лагают на создание электронных вычислительных ма­шин посредством выращивания кристаллов. И нужно сказать, что надежды эти уже начинают оправдываться.
«Известно, — пишет А. М. Эндрю в своей книге «Мозг и вычислительная машина», — что при прохождении электрического тока через раствор железного купороса на дне сосуда образуются железные нити. Гордону Паску удалось вырастить довольно разветвленную си­стему нитей в сосудах с большим числом электродов. Информация в виде электрических сигналов поступает в систему железных нитей через электроды. Здесь же имеются и другие считывающие электроды, которые получают сигналы из системы. Паск рассмотрел ряд спо­собов, которыми можно создать систему, самоорган'.* зующуюся для достижения некоторой цели. Простейшие компоненты, из которых в перспективе будут состоять вычислительные машины, возможно, смогут саморазмно­жаться подобно железным нитям, полученным Паском. Дальнейшие исследования головного мозга покажут, как должна функционировать вычислительная машина, со­стоящая из таких элементов».
Итак, мы стоим перед новыми революционными преобразованиями в электронной технологии. Не нуж­но быть фантастом, чтобы представить себе, как в будущем методами заимствованной у природы непрерыв­ной «ростовой» технологии инженеры получат воз­можность выращивать в особой среде не только от­дельные элементы, узлы и блоки электронных уст­ройств, но и целые вычислительные машины. Архаизмом станут процессы монтажа и настройки радиоэлектрон­ной аппаратуры. «Ростовая» технология избавит вычис­лительную технику от ее злейших врагов — контактов и соединений с помощью пайки, позволит наконец пол­ностью решить головоломную проблему века — пробле­му высокой надежности электронной техники. Сказоч­но — другое слово трудно подобрать — повысится уро­вень «мышления» вычислительных машин. Если в 1 см3 самых умных электронных «мозгов» сейчас сосредото­чено 2250 различных деталей, то в будущем плотность упаковки элементов в вычислительных системах при­близится к плотности нейронов в мозгу (225 миллионов в 1 см3). Иными словами, грядущие электронные по­мощники и «соперники» человеческого мозга станут в 100 000 раз «умнее» своих предшественников. Резко возрастет и быстродействие вычислительных машин. Нынешние «молниеносные» вычислительные системы.
которыми мы так восхищаемся, — страшные тугодумы. Даже самая быстродействующая машина — «сверхмозг» не делает больше 100 миллионов операций в секунду. Вычислительные же системы, созданные методами вы­ращивания, будут, по мнению ученых, работать на сверхкоротких импульсах, т. е. будут производить мил­лиарды и даже тысячи миллиардов операций в се­кунду!
Достижение колоссального быстродействия, фено­менальной емкости памяти вычислительных машин — дело только времени. Инженеры и физики находят сей­час все новые и новые способы решения этих проблем. Очень может быть, что глубокое познание механизмов роста живой материи укажет совершенно новые пути развития методов выращивания электронных систем, ничего общего не имеющих с процессами кристалли­зации. Возможно и другое — ученые пойдут по пути синтеза искусственных и естественных методов выра­щивания. Во всех случаях оба пути, надо полагать, приведут к дальнейшему совершенствованию техноло­гии создания вычислительной техники.
Теперь, когда нам известны основные проблемы электроники наших дней и пути, какими они будут ре­шаться, мы можем заглянуть в ближайшее будущее ра­диоэлектронной промышленности, которое наступит, скажем, через 50 лет.
Итак, 2018 г. В 2018 г. не будет радиоэлектронной промышленности в том виде, к какому мы привыкли сейчас. Производство радиодеталей, на котором осно­вана современная электронная промышленность, пол­ностью исчезнет. Использование достижений бионики, кибернетики, физической химии и кристаллохимии ка­чественно изменит принципы конструирования радио­электронной аппаратуры, сотрет грань между элемен­тами и узлами систем, коренным образом изменит ор­ганизацию производства радиоэлектронных устройств.
В течение ближайших 50 лет будут разработаны и построены саморегулирующиеся вычислительные маши­ны, которые будут осуществлять функции разработчи­ков, конструкторов и сборщиков электронных систем. Информация, полученная из этих «конструирующих машин», будет храниться в накопителях (компактных кладовых знания) и оттуда поступать в автоматические сборочные машины, которые будут производить и соби­рать законченное электронное устройство из обрабаты­ваемого сырья. Опытная, или пробная, продукция будет возвращаться из сборочных машин в конструирующую машину, где будут исправляться ошибки в расчетах и конструкции функциональных схем (модулей) и изы­скиваться оптимальные варианты системо-схем по важ­нейшим параметрам, а также по надежности, долговеч­ности и стоимости. Эти конструирующие и сборочные машины будут достаточно гибкими и универсальными, чтобы рассчитывать и создавать самые разнообразные радиоэлектронные системы, требуя для этого только из­менения величины сигналов на входе конструирующей машины и материалов, поступающих в сборочную ма­шину. Так в недалеком будущем сольются в едином тех­нологическом потоке процессы разработки, конструиро­вания, экспериментирования и производства радиоэлек­тронных систем.
Разумеется, переход от изготовления интегральных схем к производству радиоэлектронных устройств на молекулярно-атомном уровне будет нелегким. Предсто­ит решить ряд сложнейших физических и технических проблем. Ученые должны в совершенстве овладеть спо­собами управления взаимодействиями электрических и магнитных цепей, ядерных и термических явлений. При концентрации десятков и сотен миллионов «ра­диодеталей» в одном кубическом сантиметре объема перегрев неизбежен (ведь электрические явления со­провождаются выделением джоулева тепла и относи­тельные количества этого тепла растут с уменьшением габаритов элементов). Чтобы опрокинуть тепловые барьеры сверхмикроминиатюризации, ученым придется много потрудиться. Надо изыскать такие вещества, мо­лекулы и атомы которых способны надежно выполнять обязанности радиодеталей с наилучшими характеристи­ками.
Технический прогресс можно рассматривать как своеобразную искусственную эволюцию в процессе приспособления к окружающей среде, причем, как по­казывают бионические исследования, многие этапы ес­тественной эволюции повторяются в развитии элект­ронной техники. Поэтому столь важны проводимые сейчас бионические исследования «радиоэлектронных» систем живой природы, изучение ее самого гениального творения — человеческого мозга. Они уже дали многое и будут еще полезнее в будущем, ориентируя инжене­ров на широкий круг возможностей перспективных раз­работок, готовя теоретическую и экспериментальную базу для грядущих технических реализаций в радио­электронике. И сегодня, заглядывая в коммунистиче­ское завтра, нам видится в руках ученого быстродейст­вующая электронная вычислительная машина величиной с томик стихов Есенина. С помощью такой книжки-ма­шины филолог и археолог будут расшифровывать не­разгаданные письмена древности, астрономы — рассчи­тывать орбиты планет, обращающихся вокруг далеких звезд. Экономисту микромашина позволит произвести технико-экономический анализ работы предприятий и целых отраслей промышленности, селекционеру даст возможность подвести итог многолетних экспериментов по выведению новых сортов пшеницы и подскажет, как сделать, чтобы в окончательном варианте было нужное количество белков и других питательных веществ. Био­химику портативная счетная машина поможет разгадать механизм обмена веществ в живом организме — слож­ную совокупность химических реакций, бионику — вос­произвести и проследить за короткий срок многомил-лионнолетнюю эволюцию любой биологической си­стемы. И не только филолог и археолог, экономист и селекционер, биохимик и бионик, а и ученый, работаю­щий в любой области науки и техники, склонившись над микроэлектронной вычислительной машиной-книж­кой, сможет заглянуть в неведомое и предвычислить грядущее!
* * *
Много, много тайн предстоит открыть бионике в творческой мастерской живой природы, решить множе­ство сложнейших инженерных проблем. И молодая наука спешит, стремительно шагает в будущее из лабо­раторий Москвы и Киева, Ленинграда и Харькова, Ново­сибирска и Львова, Минска и Риги, Горького и Тбили­си, Казани и Томска. Ученые уже поговаривают о близком наступлении биовека, когда по примеру живой

природы мы будем строить орнитоптеры и энтомоп-теры, быстроходные подводные лайнеры, вездеходы для путешествий по Луне, Марсу, Венере и другим планетам, воздвигать на Земле лучезарные города из домов-деревьев и сказочной красоты поселения на дне морей и океанов, свободно ориентироваться в космосе, как птицы в воздухе, точно прогнозировать изменения погоды, наступление землетрясений и вулканических извержений, выращивать различные радиоэлектронные устройства, невиданные биомеханизмы, искусственные нейроны, строить белковые вычислительные машины... Прямое превращение солнечного света в одежду и продукты питания по образцу фотосинтеза, происхо­дящего в каждом зеленом листе... Вместо громоздких машин — искусственные мышцы... Управление самоле­тами, станками, автомобилями и ракетами простым усилием мысли, без всяких штурвалов и рулей... Но стоп! Позвольте передать авторучку фантастам, пред­сказания которых сбываются в наш век...

<< Предыдущая

стр. 12
(из 12 стр.)

ОГЛАВЛЕНИЕ