1. Организация ЭВМ и систем
Тема: Тенденции развития средств
вычислительной техники
• Направления развития МП
• Перспективные технологии будущего
• Фотоника
• Нанотехнологии

2. Тенденции развитияТенденции развития
микропроцессоровмикропроцессоров
ГодГод
производствапроизводства
20052005 20062006 20072007 20102010 20132013 20162016
DRAM, нмDRAM, нм 8080 7070 6565 4545
(30)(30)
3232 3232
МП, нмМП, нм 8080 7070 6565 4545 3232
(22)(22)
2222
UUпитпит, В, В 0,90,9 0,90,9 0,70,7 0,60,6 0,50,5 0,40,4
Р, ВтР, Вт 170170 180180 190190 218218 251251 288288
По прогнозам аналитиков к 2012 году число транзисторов вПо прогнозам аналитиков к 2012 году число транзисторов в
микропроцессоре достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастетмикропроцессоре достигнет 1 млрд., тактовая частота возрастет
до 10 ГГц, а производительность достигнет 100 млрд.оп./с.до 10 ГГц, а производительность достигнет 100 млрд.оп./с.

4. В 2014 году Интел грозится выпустить 14 нм процессор, в 2016 – 10 нм
(расстояние между атомами в кремнии порядка 0.5 нм). Это сильное
опережение предыдущих планов.
Так что маленькие нанометры не сказали еще своего заднего слова в этой
истории. 22нм с 3D транзисторами тут не то что точка эволюции, это даже не
запятая.

5. Направления развития МПНаправления развития МП
1.1. Повышение тактовой частоты.Повышение тактовой частоты.
Главное препятствие – внутрисхемные соединения.Главное препятствие – внутрисхемные соединения.
Для преодоления этого препятствия используют:Для преодоления этого препятствия используют:
• новые материалы с меньшим сопротивлением;новые материалы с меньшим сопротивлением;
• медную технологию (уменьшается общеемедную технологию (уменьшается общее
сопротивление, следовательно увеличиваетсясопротивление, следовательно увеличивается
скорость работы на 15-20%);скорость работы на 15-20%);
• технологию «кремний на изоляторе» (увеличениетехнологию «кремний на изоляторе» (увеличение
быстродействия на 20-30%);быстродействия на 20-30%);
• разработки новых методов многослойнойразработки новых методов многослойной
металлизации;металлизации;
• снижение проектных норм (0,07 мкм).снижение проектных норм (0,07 мкм).
Проектная нормаПроектная норма 0,05 – 0,1 мкм – это нижний0,05 – 0,1 мкм – это нижний
предел твердотельной микроэлектроникипредел твердотельной микроэлектроники,,
основанной на классических принципах синтезаоснованной на классических принципах синтеза
схем.схем.

6. 2.2.Увеличение объема и пропускной способностиУвеличение объема и пропускной способности
подсистемы памяти.подсистемы памяти.
•Многоуровневая кэш-память (отдельные кэш I-гоМногоуровневая кэш-память (отдельные кэш I-го
уровня для данных и команд и большой внешнийуровня для данных и команд и большой внешний
кэш II-го уровня).кэш II-го уровня).
•Увеличение размеров кэш-памяти.Увеличение размеров кэш-памяти.
•Увеличение пропускной способности интерфейсовУвеличение пропускной способности интерфейсов
за счет использования двойной независимой шины:за счет использования двойной независимой шины:
1)1) между процессором и кэш-памятью;между процессором и кэш-памятью;
2)2) между процессором и основной памятью.между процессором и основной памятью.
3.3.Повышение степени внутреннего параллелизма.Повышение степени внутреннего параллелизма.
Увеличение количества параллельно работающихУвеличение количества параллельно работающих
исполнительных устройств и улучшения их временныхисполнительных устройств и улучшения их временных
(сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение(сокращение числа ступеней конвейера и уменьшение
длительности каждой ступени) и функциональныхдлительности каждой ступени) и функциональных
(введение ММХ расширений системы команд и т.д.)(введение ММХ расширений системы команд и т.д.)
характеристик.характеристик.

7. В «СИТРОНИКС Микроэлектроника» дляВ «СИТРОНИКС Микроэлектроника» для
разработки и производства микросхемразработки и производства микросхем
используются следующие технологическиеиспользуются следующие технологические
процессы:процессы:
EEPROM, КМОПEEPROM, КМОП
•• Проектная норма – 180 нмПроектная норма – 180 нм
•• 4 - 6 металлов4 - 6 металлов
•• Микросхемы с энергонезависимой памятью:Микросхемы с энергонезависимой памятью:
микроконтроллеры 8-16 бит, память 4Мб, чипы смарт-карт,микроконтроллеры 8-16 бит, память 4Мб, чипы смарт-карт,
чипы радиочастотной идентификациичипы радиочастотной идентификации
КМОПКМОП
•• Проектная норма – 90 нм (2012 год)Проектная норма – 90 нм (2012 год)
•• 6 – 9 металлов6 – 9 металлов
•• КМОП + встроенный флеш 90 нм (2012 год)КМОП + встроенный флеш 90 нм (2012 год)
•• Логика, микроконтроллеры, системы-на-чипеЛогика, микроконтроллеры, системы-на-чипе

8. Процессоры AMD Duron производятся на принадлежащем AMDПроцессоры AMD Duron производятся на принадлежащем AMD
заводе Fab 25 в г. Остин, штат Техас, США. Производство процессоровзаводе Fab 25 в г. Остин, штат Техас, США. Производство процессоров
идетидет по проектной норме 0,18 микронпо проектной норме 0,18 микрон с алюминиевыми проводниками.с алюминиевыми проводниками.
В Сети появились первые слайды с описаниемВ Сети появились первые слайды с описанием Haswell –Haswell –
процессорной архитектуры Intel последнего поколенияпроцессорной архитектуры Intel последнего поколения, которая придёт, которая придёт
на смену Sandy Bridge и Ivy Bridge. В своём развитии корпорация Intelна смену Sandy Bridge и Ivy Bridge. В своём развитии корпорация Intel
придерживается цикла «тик-так» , где стадия «тик», соответствующаяпридерживается цикла «тик-так» , где стадия «тик», соответствующая
первому году, предполагает внедрение принципиально новойпервому году, предполагает внедрение принципиально новой
микроархитектуры для x86-совместимых процессоров, а стадия «так»,микроархитектуры для x86-совместимых процессоров, а стадия «так»,
соответствующая второму году, подразумевает переход на новые,соответствующая второму году, подразумевает переход на новые,
более тонкие, проектные нормы в рамках базовых принциповболее тонкие, проектные нормы в рамках базовых принципов
существующей архитектуры. Например, современные процессоры Intelсуществующей архитектуры. Например, современные процессоры Intel
на ядре Sandy Bridge изготавливаются с применением 32-нмна ядре Sandy Bridge изготавливаются с применением 32-нм
технологии.технологии. Поколение Ivy Bridge представляет собой миниатюризациюПоколение Ivy Bridge представляет собой миниатюризацию
технологии Sandy Bridge до уровня 22-нм проектных нормтехнологии Sandy Bridge до уровня 22-нм проектных норм. Подобным. Подобным
образом поколениеобразом поколение Haswell являет собой принципиально новуюHaswell являет собой принципиально новую
микроаорхитектуру на базе 22-нм техпроцесса,микроаорхитектуру на базе 22-нм техпроцесса,
«позаимствованного» у семейства Ivy Bridge.«позаимствованного» у семейства Ivy Bridge.

9. Рынок 2011-2012 гг. в РоссииРынок 2011-2012 гг. в России
Руководитель зеленоградского завода «Микрон», одного из двухРуководитель зеленоградского завода «Микрон», одного из двух
основных российских предприятий по выпуску чипов (интегральныхосновных российских предприятий по выпуску чипов (интегральных
микросхем, в т. ч., бескорпусных), отметилмикросхем, в т. ч., бескорпусных), отметил ежегодный в течениеежегодный в течение
последних двух лет (с 2009 г.) рост оборота предприятия примерно напоследних двух лет (с 2009 г.) рост оборота предприятия примерно на
30%,30%, что в целом совпадает с общерыночными показателями почто в целом совпадает с общерыночными показателями по
российской электронике за последние два года.российской электронике за последние два года. Завод «Микрон»Завод «Микрон»
успешно освоил кремниевую технологию с нормами 180 нм иуспешно освоил кремниевую технологию с нормами 180 нм и в началев начале
2012 г. запускает 90-нм2012 г. запускает 90-нм производственную линию.производственную линию. ЗАО «СинтезЗАО «Синтез
Микроэлектроника»Микроэлектроника» в целом выросло за год на 25%, освоилов целом выросло за год на 25%, освоило
техпроцессы 0,25 мкм «кремний на сапфире», 0,5 мкм на карбидетехпроцессы 0,25 мкм «кремний на сапфире», 0,5 мкм на карбиде
кремния (СВЧ LDMOS), а в ближайших планах — создание опытныхкремния (СВЧ LDMOS), а в ближайших планах — создание опытных
изделий по этим техпроцессам иизделий по этим техпроцессам и изготовление 3D-сборокизготовление 3D-сборок, но уже на, но уже на
зарубежных фабриках. ЗАО «Предприятие Остек», занимающеесязарубежных фабриках. ЗАО «Предприятие Остек», занимающееся
созданием и модернизацией производств в сфере электроники исозданием и модернизацией производств в сфере электроники и
микроэлектроники, отметило особо бурный рост — на 50-70% в год,микроэлектроники, отметило особо бурный рост — на 50-70% в год,
причём стабильный в течение последних нескольких лет.причём стабильный в течение последних нескольких лет. ИнтересИнтерес
обусловлен переходом на микросборки, гибридные сборки, СВЧобусловлен переходом на микросборки, гибридные сборки, СВЧ
ГИС, МЭМС и 3D-интеграцию.ГИС, МЭМС и 3D-интеграцию. В России уже более 100 компаний-В России уже более 100 компаний-
производителей подобной продукции и потребность в них ширится.производителей подобной продукции и потребность в них ширится.

10. Отечественный производитель суперкомпьютеров компания «Т-Отечественный производитель суперкомпьютеров компания «Т-
Платформы» в 2011 г. сумела выйти на европейский рынок и, кромеПлатформы» в 2011 г. сумела выйти на европейский рынок и, кроме
того, на базе своей новой дочерней компании «Байкал Электроникс»того, на базе своей новой дочерней компании «Байкал Электроникс»
(фактически первого в России центра по разработке микросхем для(фактически первого в России центра по разработке микросхем для
высокопроизводительных систем) совместно с ОАО «Роснано» создалавысокопроизводительных систем) совместно с ОАО «Роснано» создала
отечественный центр проектирования микроэлектронныхотечественный центр проектирования микроэлектронных
компонентов «Т-Нано».компонентов «Т-Нано». Это единственный инфраструктурный проектЭто единственный инфраструктурный проект
«Роснано» в области микроэлектроники, инвестиции в него составляют«Роснано» в области микроэлектроники, инвестиции в него составляют
2 млрд руб. Первые несколько проектов здесь рассчитаны под2 млрд руб. Первые несколько проектов здесь рассчитаны под 28-нм28-нм
техпроцесстехпроцесс TSMC и осуществляются в международной компанииTSMC и осуществляются в международной компании
разработчиков.разработчиков.
Оценивая перспективы 2012 года многие сходились на значенияхОценивая перспективы 2012 года многие сходились на значениях
прироста объемов производства в 10-20%, а то и более.прироста объемов производства в 10-20%, а то и более.
В проектировании суперкомпьютеровВ проектировании суперкомпьютеров чётко обозначилисьчётко обозначились
тренды натренды на снижение энергопотребления и тепловыделенияснижение энергопотребления и тепловыделения: есть: есть
желание удержаться на мощности вычислительных центров в 50 МВтжелание удержаться на мощности вычислительных центров в 50 МВт
при сохранении текущей планки производительности. Многие компаниипри сохранении текущей планки производительности. Многие компании
теперь стараются работать на базетеперь стараются работать на базе ARM-технологииARM-технологии — это тоже тренд— это тоже тренд
нового года. Представитель же Synopsуs подчеркнула, что онового года. Представитель же Synopsуs подчеркнула, что о
разработках чипов для проектных технологических норм 20 и 16 нмразработках чипов для проектных технологических норм 20 и 16 нм
говорить пока очень рано: большинство до сих пор старается работатьговорить пока очень рано: большинство до сих пор старается работать
под технологии 40 и 28 нм.под технологии 40 и 28 нм.

11. Самые примечательные события 2011Самые примечательные события 2011
года:года:
1.1.Продолжающаяся глобализация. Колоссальная концентрацияПродолжающаяся глобализация. Колоссальная концентрация
ресурсов производства интегральных микросхем находится в рукахресурсов производства интегральных микросхем находится в руках
очень ограниченного ряда компаний. Скажем,очень ограниченного ряда компаний. Скажем, оборудование дляоборудование для
фотолитографиифотолитографии ещё пару лет назад производило 6 компаний в мире, вещё пару лет назад производило 6 компаний в мире, в
прошлом году их фактически осталосьпрошлом году их фактически осталось тритри: две в Японии (Canon и: две в Японии (Canon и
Nikon) и ASML в Нидерландах, причем из-за японского землетрясенияNikon) и ASML в Нидерландах, причем из-за японского землетрясения
2011 г. полноценно работает сейчас только последняя, занимая более2011 г. полноценно работает сейчас только последняя, занимая более
70% мирового рынка фотолитографического оборудования70% мирового рынка фотолитографического оборудования. И. И
аналогичных процессов очень много.аналогичных процессов очень много.
2.2.Запуск производства первых коммерческих силовых ключей типаЗапуск производства первых коммерческих силовых ключей типа
MOSFET на карбиде кремния компанией CREE.MOSFET на карбиде кремния компанией CREE.
3.3.Покупка компанией Intel известного производителя программныхПокупка компанией Intel известного производителя программных
систем безопасности компании McAfee (сделка завершилась в 2011 г.).систем безопасности компании McAfee (сделка завершилась в 2011 г.).
Все сходятся на том, чтоВсе сходятся на том, что информационная безопасность государстваинформационная безопасность государства
станет её глобальной безопасностьюстанет её глобальной безопасностью, поэтому компании всё активнее, поэтому компании всё активнее
стремятся захватить рынок систем безопасности.стремятся захватить рынок систем безопасности.

12. Было особо подчёркнуто, чтоБыло особо подчёркнуто, что трехзатворная FinFET-трехзатворная FinFET-
технология, которую Intel собирается представить втехнология, которую Intel собирается представить в
этом году в рамках нового техпроцесса с нормами 22этом году в рамках нового техпроцесса с нормами 22
нм, скорее всего, определит развитие всейнм, скорее всего, определит развитие всей
микроэлектроники на ближайшие 5-10 лет смикроэлектроники на ближайшие 5-10 лет с
перспективой снижения проектных норм до 7 нм.перспективой снижения проектных норм до 7 нм. ИменноИменно
эту технологию, скорее всего, будут использовать при грядущемэту технологию, скорее всего, будут использовать при грядущем
переходе на пластины диаметром 450 мм (с нынешних 300-мм).переходе на пластины диаметром 450 мм (с нынешних 300-мм).
Вторым важнейшим направлением в микроэлектроникеВторым важнейшим направлением в микроэлектронике
ближайшего будущегоближайшего будущего станут процессы и технологии 3D-станут процессы и технологии 3D-
сборкисборки. Большинство компаний уже увидело, что здесь лежит. Большинство компаний уже увидело, что здесь лежит
мощный запас по экономичности, производительности, степенимощный запас по экономичности, производительности, степени
интеграции и развитию интегральной электроники, поэтому началисьинтеграции и развитию интегральной электроники, поэтому начались
массовые вложения в эту технологию. Метод 3D-TSV переживает ужемассовые вложения в эту технологию. Метод 3D-TSV переживает уже
третье поколение развития, но основной бум всё же придётся натретье поколение развития, но основной бум всё же придётся на
технологию компании «Тизарон» (Tezzaron Semiconductor) стехнологию компании «Тизарон» (Tezzaron Semiconductor) с
металлизированными отверстиями в самом чипе, поскольку это задаётметаллизированными отверстиями в самом чипе, поскольку это задаёт
толщину чипа в 15 мкм. Опытный процессор на её базе ужетолщину чипа в 15 мкм. Опытный процессор на её базе уже
представлен.представлен.

13. Закону Мура пророчат потерюЗакону Мура пророчат потерю
актуальностиактуальности
По мнению известного американского физика-теоретика МитиоПо мнению известного американского физика-теоретика Митио
Каку, знаменитый эмпирический закон Мура перестанет действовать вКаку, знаменитый эмпирический закон Мура перестанет действовать в
ближайшие десять лет.ближайшие десять лет.
Закон Мура сформулирован более 45 лет назад. 19 апреля 1965Закон Мура сформулирован более 45 лет назад. 19 апреля 1965
года в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестногогода в журнале Electronics Magazine появилась статья малоизвестного
химика Гордона Мура с обзором тогдашнего состоянияхимика Гордона Мура с обзором тогдашнего состояния
микроэлектронной индустрии. Автор подметил, чтомикроэлектронной индустрии. Автор подметил, что «число элементов«число элементов
на микрочипах с наименьшей удельной стоимостью удваиваетсяна микрочипах с наименьшей удельной стоимостью удваивается
приблизительно каждый год».приблизительно каждый год». Впоследствии Мур, будучи уже главойВпоследствии Мур, будучи уже главой
IntelIntel, внёс в свою формулировку небольшую поправку, увеличив, внёс в свою формулировку небольшую поправку, увеличив
длительность цикла удвоения количества элементов до двух лет.длительность цикла удвоения количества элементов до двух лет.
Существует множество разнообразных вариаций на тему этогоСуществует множество разнообразных вариаций на тему этого
закона. Одна из самых распространённых предложена другимзакона. Одна из самых распространённых предложена другим
президентом Intel - Дэвидом Хаусом: «Производительностьпрезидентом Intel - Дэвидом Хаусом: «Производительность
компьютерных процессоров возрастает в два раза примерно каждыекомпьютерных процессоров возрастает в два раза примерно каждые
полтора года».полтора года».
По мере внедрения новых техпроцессов производителямПо мере внедрения новых техпроцессов производителям
становится всё труднее следовать закону Мура. По мнению г-на Каку,становится всё труднее следовать закону Мура. По мнению г-на Каку,
эмпирическое правило потеряет актуальность, когда размерыэмпирическое правило потеряет актуальность, когда размеры
транзисторов уменьшатся приблизительно до 5 нанометров. Жизньтранзисторов уменьшатся приблизительно до 5 нанометров. Жизнь
закону Мура могли бы продлить квантовые компьютеры, однако такиезакону Мура могли бы продлить квантовые компьютеры, однако такие
вычислительные системы, как ожидается, появятся только к концувычислительные системы, как ожидается, появятся только к концу
текущего столетия.текущего столетия.

14. http://www.samag.ru/uart/more/10http://www.samag.ru/uart/more/10
Если закон Мура будет действовать в течение ближайших 20 лет, тоЕсли закон Мура будет действовать в течение ближайших 20 лет, то
по сравнению с 2012 годом количество транзисторов впо сравнению с 2012 годом количество транзисторов в
микропроцессоре в 2015-м согласно интервальному прогнозумикропроцессоре в 2015-м согласно интервальному прогнозу
вырастет в 2,80-2,83 разавырастет в 2,80-2,83 раза, в 2020-м – в 15,6-16,0 раза и в 2030-м – в, в 2020-м – в 15,6-16,0 раза и в 2030-м – в
86,3-90,9 раза.86,3-90,9 раза.
Соответственно прогнозируемый размер транзистора, выпущенногоСоответственно прогнозируемый размер транзистора, выпущенного
в 2012 году находим следующим образом:в 2012 году находим следующим образом:
Размер транзистора = 11368,4 *0,8708^(2012-1970) =Размер транзистора = 11368,4 *0,8708^(2012-1970) = 34,0 нм34,0 нм
Следовательно, прогнозируемый размер транзистора выпуска 2012Следовательно, прогнозируемый размер транзистора выпуска 2012
года составляет лишь 0,30% от размера транзистора образца 1970-го,года составляет лишь 0,30% от размера транзистора образца 1970-го,
т.е. за это время он уменьшился в 334,4 раза!т.е. за это время он уменьшился в 334,4 раза!
Так, остаток -21,9% по процессору 10-Core Xeon Westmere-EX,Так, остаток -21,9% по процессору 10-Core Xeon Westmere-EX,
выпущенному компанией Intel в 2011 году, говорит о том, что по размерувыпущенному компанией Intel в 2011 году, говорит о том, что по размеру
транзисторов производителю удалосьтранзисторов производителю удалось опередить темпы транзисторнойопередить темпы транзисторной
миниатюризации на 21,9%.миниатюризации на 21,9%. В то время как остаток 30,8% по процессоруВ то время как остаток 30,8% по процессору
Quad-Core Itanium Tukwila, также выпущенному той же компанией вQuad-Core Itanium Tukwila, также выпущенному той же компанией в
2010 году, свидетельствует о том, что в данном случае размеры2010 году, свидетельствует о том, что в данном случае размеры
транзисторов оказались больше прогнозируемых.транзисторов оказались больше прогнозируемых.

15. Если закон Мура будет действовать в ближайшие 20 лет, то поЕсли закон Мура будет действовать в ближайшие 20 лет, то по
сравнению с 2011 годом (в качестве базы для подсчета взятысравнению с 2011 годом (в качестве базы для подсчета взяты
транзисторы микропроцессора 10-Core Xeon Westmere-EX) размертранзисторы микропроцессора 10-Core Xeon Westmere-EX) размер
транзисторов в 2015-м согласно интервальному прогнозу уменьшится втранзисторов в 2015-м согласно интервальному прогнозу уменьшится в
2,8-1,0 раза, в 2020-м – в 5,6-1,9 раза и в 2025-м – в 11,4-3,8 раза, а в2,8-1,0 раза, в 2020-м – в 5,6-1,9 раза и в 2025-м – в 11,4-3,8 раза, а в
2030-м – в 7,44-22,86 раза.2030-м – в 7,44-22,86 раза.
При этомПри этом уже в 2021 году согласно нижней границеуже в 2021 году согласно нижней границе
интервального прогноза размеры транзистора окажутся меньше 5интервального прогноза размеры транзистора окажутся меньше 5
нмнм, в то время как по точечному прогнозу это произойдет в 2026-м, а по, в то время как по точечному прогнозу это произойдет в 2026-м, а по
верхней границе интервального прогноза – в 2029-м. Таким образом,верхней границе интервального прогноза – в 2029-м. Таким образом, вв
20-е годы производители вынуждены будут перейти к20-е годы производители вынуждены будут перейти к
изготовлению принципиально новых транзисторов –изготовлению принципиально новых транзисторов –
нанотранзисторов, работа которых будет подчиняться законамнанотранзисторов, работа которых будет подчиняться законам
квантовой механики.квантовой механики.
Правда, следует признать, что эти выводы окажутся верны только вПравда, следует признать, что эти выводы окажутся верны только в
том случае, если реализуются следующие, на мой взгляд, наиболеетом случае, если реализуются следующие, на мой взгляд, наиболее
вероятные сценарные предположения. Во-первых, полагаю, чтовероятные сценарные предположения. Во-первых, полагаю, что
микроэлектроника в ближайшие два десятилетия останетсямикроэлектроника в ближайшие два десятилетия останется
электронной, а не станет, например, оптической. Во-вторых, квантовыйэлектронной, а не станет, например, оптической. Во-вторых, квантовый
предел в данном случае связывается с уменьшением размерапредел в данном случае связывается с уменьшением размера
транзистора, хотя в принципе рост числа транзисторов в чипе можеттранзистора, хотя в принципе рост числа транзисторов в чипе может
также привести к достижению квантового предела.также привести к достижению квантового предела.

16. В настоящее время много говорят о том, чтоВ настоящее время много говорят о том, что
традиционные полупроводниковые ЭВМ скоро себятрадиционные полупроводниковые ЭВМ скоро себя
исчерпают.исчерпают. Ожидается, что ужеОжидается, что уже через 5–10 лет ихчерез 5–10 лет их
вытеснят более мощные молекулярные, квантовые,вытеснят более мощные молекулярные, квантовые,
биологические и другие весьма экзотическиебиологические и другие весьма экзотические
вычислительные устройства.вычислительные устройства.

17. Одноатомный транзистор иОдноатомный транзистор и
квантовое детище IBMквантовое детище IBM
В начале 2012 года группа австралийских физиков из УниверситетаВ начале 2012 года группа австралийских физиков из Университета
Нового Южного Уэльса совместно с коллегами из американскогоНового Южного Уэльса совместно с коллегами из американского
Университета Пердью объявила оУниверситета Пердью объявила о создании транзистора, состоящегосоздании транзистора, состоящего
из одного атомаиз одного атома. Согласно их работе, опубликованной в журнале. Согласно их работе, опубликованной в журнале
Nature Nanotechnology,Nature Nanotechnology, действие одноатомного транзисторадействие одноатомного транзистора
основано на замещении атома кремния в кремниевойосновано на замещении атома кремния в кремниевой
кристаллической решетке атомом фосфора.кристаллической решетке атомом фосфора. Фосфор (в таблицеФосфор (в таблице
Менделеева идет сразу после кремния) имеет на один электронМенделеева идет сразу после кремния) имеет на один электрон
больше, чем кремний, и в этом узле решетки есть дополнительныйбольше, чем кремний, и в этом узле решетки есть дополнительный
электрон, который можно сделать свободным, поэтому кристалл в этомэлектрон, который можно сделать свободным, поэтому кристалл в этом
месте становится электропроводящим.месте становится электропроводящим.
Правда, этот атомный транзистор пока нельзя использовать приПравда, этот атомный транзистор пока нельзя использовать при
создании промышленных чипов. Во-первых,создании промышленных чипов. Во-первых, он может работатьон может работать
транзистором только при сверхнизких температурах, близких ктранзистором только при сверхнизких температурах, близких к
абсолютному нулю, во-вторых, использование сканирующегоабсолютному нулю, во-вторых, использование сканирующего
туннельного микроскопа не позволяет производить подобныетуннельного микроскопа не позволяет производить подобные
транзисторы в промышленных масштабах.транзисторы в промышленных масштабах. Впрочем, многиеВпрочем, многие
эксперты полагают, что ужеэксперты полагают, что уже к 2020 году чипы с одноатомнымик 2020 году чипы с одноатомными
нанотранзисторами появятся на рынкенанотранзисторами появятся на рынке..
Колпаков Г. Одноатомный транзистор, 22.02.2012 г. – сайтКолпаков Г. Одноатомный транзистор, 22.02.2012 г. – сайт
http://www.gazeta.ru/science.http://www.gazeta.ru/science.

18. В свою очередь, разработкой квантового компьютера ужеВ свою очередь, разработкой квантового компьютера уже
давно занимается (наряду с другими компаниями) американскаядавно занимается (наряду с другими компаниями) американская
корпорация IBM, в начале марта 2012 года обнародовавшаякорпорация IBM, в начале марта 2012 года обнародовавшая
очередной отчет о своих достижениях. По информации IBM, вочередной отчет о своих достижениях. По информации IBM, в
сотрудничестве с учеными Йельского университета еесотрудничестве с учеными Йельского университета ее
разработчикам удалось разработать трехмерныйразработчикам удалось разработать трехмерный
сверхпроводящий кубит, способный удерживать своесверхпроводящий кубит, способный удерживать свое
состояние до 100 микросекунд.состояние до 100 микросекунд.
Столько времени вполне достаточно, чтобы прочитать всюСтолько времени вполне достаточно, чтобы прочитать всю
необходимую информацию. При этомнеобходимую информацию. При этом важным практическимважным практическим
достоинством последней разработки IBM является то, чтодостоинством последней разработки IBM является то, что
трехмерный сверхпроводящий кубит изготавливается натрехмерный сверхпроводящий кубит изготавливается на
базе технологий обычных микрочиповбазе технологий обычных микрочипов, а значит, при, а значит, при
достаточно высоком уровне развития квантовыхдостаточно высоком уровне развития квантовых
вычислительных машин проблем с серийным производствомвычислительных машин проблем с серийным производством
таких чипов, по мнению разработчиков, скорее всего не будет.таких чипов, по мнению разработчиков, скорее всего не будет.
Очевидно, можно ожидать, чтоОчевидно, можно ожидать, что через 10-15 лет такихчерез 10-15 лет таких
разработок будет вполне достаточно, чтобы создатьразработок будет вполне достаточно, чтобы создать
коммерческую версию квантового компьютера.коммерческую версию квантового компьютера.
Квантовый компьютер: IBM переходит к практике, 05.03.2012 – сайтКвантовый компьютер: IBM переходит к практике, 05.03.2012 – сайт
http://rnd.cnews.ruhttp://rnd.cnews.ru..

19. Перспективные технологии будущегоПерспективные технологии будущего
Синхронизация микропроцессоров вовсе не являетсяСинхронизация микропроцессоров вовсе не является
непременным условием их успешного функционирования,непременным условием их успешного функционирования,
что было продемонстрировано компанией ARM вчто было продемонстрировано компанией ARM в
асинхронном ядре.асинхронном ядре.
Вероятностный подходВероятностный подход был опробованбыл опробован
сотрудниками Технологического института Джорджиисотрудниками Технологического института Джорджии
(Georgia Institute of Technology)(Georgia Institute of Technology) в ходе работ надв ходе работ над
повышением плотности размещения элементовповышением плотности размещения элементов
интегральных схем и понижения потребляемойинтегральных схем и понижения потребляемой
электроэнергииэлектроэнергии. Проект этот осуществляется при. Проект этот осуществляется при
финансовой поддержке Intel и оборонного ведомства СШАфинансовой поддержке Intel и оборонного ведомства США
— Управления перспективных оборонных научно-— Управления перспективных оборонных научно-
исследовательских работ (Defense Advanced Researchисследовательских работ (Defense Advanced Research
Projects Agency, DARPA).Projects Agency, DARPA).

20. Как известно, в обычной микросхеме логические уровниКак известно, в обычной микросхеме логические уровни
должны иметь заранее определенное значение — то есть,должны иметь заранее определенное значение — то есть,
вероятность того, что они примут это значение, должнавероятность того, что они примут это значение, должна
быть равна 1. В новой разработке требуется, чтобыбыть равна 1. В новой разработке требуется, чтобы
вероятность «правильного» значения на выходевероятность «правильного» значения на выходе
элемента была не менее некоторой величины p<1.элемента была не менее некоторой величины p<1.
СозданныйСозданный новый тип логики, названнойновый тип логики, названной
«вероятностная CMOS» (probabilistic PCMOS),«вероятностная CMOS» (probabilistic PCMOS), позволяетпозволяет
получать корректные результаты, даже когда значенияполучать корректные результаты, даже когда значения
вероятности корректных выходных значений на выходахвероятности корректных выходных значений на выходах
элементов схемы меньше 1. По данным создателей новыхэлементов схемы меньше 1. По данным создателей новых
микросхем,микросхем, PCMOS требует для работы в 500 разPCMOS требует для работы в 500 раз
меньше энергии, чем традиционная логикаменьше энергии, чем традиционная логика.. Кроме того,Кроме того,
новый подход особенно хорошо согласовывается с растущимновый подход особенно хорошо согласовывается с растущим
количеством алгоритмов, в которых используется вероятностныеколичеством алгоритмов, в которых используется вероятностные
составляющие и идеально подходит, например, для приложенийсоставляющие и идеально подходит, например, для приложений
прогнозирования с использованием нечетких множеств.прогнозирования с использованием нечетких множеств.

21. Еще одноЕще одно важное преимущество PCMOS — решениеважное преимущество PCMOS — решение
проблемы повышения тепловыделения с ростомпроблемы повышения тепловыделения с ростом
плотности схем.плотности схем. Вероятностная логика устойчивее кВероятностная логика устойчивее к
шумамшумам, чем традиционная, а, чем традиционная, а уровень шумовуровень шумов
стремительно возрастает по мере того, какстремительно возрастает по мере того, как
повышается плотность расположения элементовповышается плотность расположения элементов.. ДляДля
коррекции возникающих ошибок используетсякоррекции возникающих ошибок используется
статистический подходстатистический подход: схема отбрасывает шум,: схема отбрасывает шум,
усредняя результаты обработки потоков данных в чипе.усредняя результаты обработки потоков данных в чипе.
Исследователи признают, что такой подход приемлем неИсследователи признают, что такой подход приемлем не
для всех типов данных, но многие цепи обработкидля всех типов данных, но многие цепи обработки
сигналов уже сейчас рассчитаны на работу ссигналов уже сейчас рассчитаны на работу с
определенным уровнем шумов. В качестве подтвержденияопределенным уровнем шумов. В качестве подтверждения
права концепции на жизнь, ученые показали работу схемыправа концепции на жизнь, ученые показали работу схемы
в задаче распаковки потока видеоданных — видимыев задаче распаковки потока видеоданных — видимые
искажения не проявлялись.искажения не проявлялись.

22. К настоящему моменту создана однокристальнаяК настоящему моменту создана однокристальная
схема, в которой вероятностный сопроцессорсхема, в которой вероятностный сопроцессор
объединен с цепями традиционной логикиобъединен с цепями традиционной логики. На. На
следующем этапе проекта разработчики планируютследующем этапе проекта разработчики планируют
создать библиотеку алгоритмов обработки аудио- исоздать библиотеку алгоритмов обработки аудио- и
видеоданных, которая покажет, что архитектура PCMOSвидеоданных, которая покажет, что архитектура PCMOS
пригодна для широкого внедрения.пригодна для широкого внедрения.

23. ФотоникаФотоника
–– это технология излучения, передачи, регистрацииэто технология излучения, передачи, регистрации
света при помощи волоконной оптики исвета при помощи волоконной оптики и
оптоэлектроники.оптоэлектроники.
16.02.2004 впервые было продемонстрировано16.02.2004 впервые было продемонстрировано
устройство, передающее информацию по волоконно-устройство, передающее информацию по волоконно-
оптическому кабелю со скоростью 1 Гбит в секунду!оптическому кабелю со скоростью 1 Гбит в секунду!
Луч света, идущий по оптическому волокнуЛуч света, идущий по оптическому волокну
расщепляется на два луча, затем один из лучей проходитрасщепляется на два луча, затем один из лучей проходит
через специальное устройство, в котором световыечерез специальное устройство, в котором световые
колебания могут сдвигаться по фазе. После сложенияколебания могут сдвигаться по фазе. После сложения
лучей наблюдается интерференция. Наличие светалучей наблюдается интерференция. Наличие света
считают «1», а его отсутствие «0».считают «1», а его отсутствие «0».
По оптическому волокну можно передавать тысячиПо оптическому волокну можно передавать тысячи
потоков сигналов на разных длинах световых волн.потоков сигналов на разных длинах световых волн.
Теоретический пределТеоретический предел для такой передачи близок кдля такой передачи близок к
100 триллионам бит в секунду.100 триллионам бит в секунду.

24. НанотехнологииНанотехнологии
Это технологии, оперирующие величинами порядкаЭто технологии, оперирующие величинами порядка
1010-9-9
мм..
4 основных направления4 основных направления::
1.1.Молекулярная электроника.Молекулярная электроника.
2.2.Биохимические и органические решения.Биохимические и органические решения.
3.3.Квазимеханические решения на основе нанотрубок.Квазимеханические решения на основе нанотрубок.
4.4.Квантовые компьютеры.Квантовые компьютеры.

25. Молекулярная электроникаМолекулярная электроника
Впервые теория использования органическойВпервые теория использования органической
молекулы в качестве элементной базы микроэлектроникимолекулы в качестве элементной базы микроэлектроники
возникла в 1974 году, когда ведущие инженеры фирмывозникла в 1974 году, когда ведущие инженеры фирмы
IBM А.Авирам и М.Ратнер предложилиIBM А.Авирам и М.Ратнер предложили модельмодель
выпрямителя (диода), состоящего из одной органическойвыпрямителя (диода), состоящего из одной органической
молекулы.молекулы.
Две половинки этой молекулы обладаютДве половинки этой молекулы обладают
противоположными свойствами по отношению кпротивоположными свойствами по отношению к
электрону: одна может только отдавать электрон (донор),электрону: одна может только отдавать электрон (донор),
а другая – только принимать (акцептор). Если поместитьа другая – только принимать (акцептор). Если поместить
такую ассиметричную молекулу между двумятакую ассиметричную молекулу между двумя
металлическими электродами, то вся система будетметаллическими электродами, то вся система будет
проводить ток только в одном направлении.проводить ток только в одном направлении.

26. Предложения Авирама и Ратнера о созданииПредложения Авирама и Ратнера о создании
молекулярных систем с направленной электронноймолекулярных систем с направленной электронной
проводимостью инициировали экспериментальные работыпроводимостью инициировали экспериментальные работы
по синтезу и изучению свойств таких молекул.по синтезу и изучению свойств таких молекул.
Выдвигались также идеи создания на их основе аналогаВыдвигались также идеи создания на их основе аналога
полупроводникового транзистора за счет внедрения междуполупроводникового транзистора за счет внедрения между
донорной и акцепторной частями молекулыдонорной и акцепторной частями молекулы
дополнительной управляющей молекулярной группировкидополнительной управляющей молекулярной группировки
(затвора), свойства которого могут быть изменены каким-(затвора), свойства которого могут быть изменены каким-
либо воздействием (либо воздействием (подачей напряжения, освещением иподачей напряжения, освещением и
т.п.). Если соединить два таких транзистора, получитсят.п.). Если соединить два таких транзистора, получится
аналог полупроводникового триггера (или вентиля) –аналог полупроводникового триггера (или вентиля) –
устройства, которое может переключаться между двумяустройства, которое может переключаться между двумя
устойчивыми состояниями, выполняющими рольустойчивыми состояниями, выполняющими роль
логического “0” и “1”. А это, по сути, базовый элементлогического “0” и “1”. А это, по сути, базовый элемент
любого компьютера, работающего по принципу бинарнойлюбого компьютера, работающего по принципу бинарной
(двоичной) логики.(двоичной) логики.

27. Следующим важным шагом в развитии молекулярнойСледующим важным шагом в развитии молекулярной
схемотехники сталсхемотехники стал отказ от простого копированияотказ от простого копирования
полупроводниковых схем с заменой в них обычных транзисторовполупроводниковых схем с заменой в них обычных транзисторов
на молекулярные.на молекулярные. Дело в том, чтоДело в том, что существует множество каксуществует множество как
природных, так и синтезированных человеком молекул, которыеприродных, так и синтезированных человеком молекул, которые
сами по себе могут служить логическими элементами.сами по себе могут служить логическими элементами. ИхИх
разделяют на два типа.разделяют на два типа. К первому относятся молекулы,К первому относятся молекулы,
обладающие двумя устойчивыми состояниями, которым можнообладающие двумя устойчивыми состояниями, которым можно
приписать значения “0” и “1”. Научившись переключать их изприписать значения “0” и “1”. Научившись переключать их из
одного состояния в другое с помощью внешних воздействий, мыодного состояния в другое с помощью внешних воздействий, мы
фактически получим уже готовый вентиль.фактически получим уже готовый вентиль. Молекулы второгоМолекулы второго
типа содержат фрагменты, способные выполнять рольтипа содержат фрагменты, способные выполнять роль
упомянутых выше управляющих группировок.упомянутых выше управляющих группировок. Одна такаяОдна такая
молекула может работать как логически активный элемент НЕ-И,молекула может работать как логически активный элемент НЕ-И,
НЕ-ИЛИ и т.д.НЕ-ИЛИ и т.д. На основе уникальных свойств органическихНа основе уникальных свойств органических
молекул уже сегодня разработано множество вариантовмолекул уже сегодня разработано множество вариантов
схем для гипотетического молекулярного компьютера.схем для гипотетического молекулярного компьютера.

28. Существующие научные разработкиСуществующие научные разработки
молекулярных компьютеровмолекулярных компьютеров
Процессор будет состоять из молекулярных логическихПроцессор будет состоять из молекулярных логических
элементов.элементов.
Примеры существующих разработок :Примеры существующих разработок :
1) В качестве триггеров удобнее всего использовать1) В качестве триггеров удобнее всего использовать
молекулы, имеющие изомерные формы, которые обладаютмолекулы, имеющие изомерные формы, которые обладают
одинаковой молекулярной массой и составом, ноодинаковой молекулярной массой и составом, но
различаются строением или расположением атомов вразличаются строением или расположением атомов в
пространстве.пространстве. Некоторые из них можно переводить изНекоторые из них можно переводить из
одной формы в другую путем внешнего воздействия.одной формы в другую путем внешнего воздействия.
Например,Например, молекула соединения типа спиробензипиранамолекула соединения типа спиробензипирана
может быть переключена из состояния “0” в состояние “1” сможет быть переключена из состояния “0” в состояние “1” с
помощью ультрафиолетового излучения, а в обратномпомощью ультрафиолетового излучения, а в обратном
направлении с помощью света видимого диапазона. Нанаправлении с помощью света видимого диапазона. На
основе такого триггера можно строить как устройстваоснове такого триггера можно строить как устройства
оперативной памяти, так и элементы, выполняющиеоперативной памяти, так и элементы, выполняющие
логические функции.логические функции.

29. 2) В последнее время в нескольких научных центрах2) В последнее время в нескольких научных центрах
разработаны и запатентованыразработаны и запатентованы переключающие элементыпереключающие элементы
на зеркально симметричных – хиральных (от греч. хирос –на зеркально симметричных – хиральных (от греч. хирос –
рука) – изомерах, которые также могут применяться длярука) – изомерах, которые также могут применяться для
хранения и обработки информации: функции логических “0”хранения и обработки информации: функции логических “0”
и “1” выполняют “правая” и “левая” формы молекулы.и “1” выполняют “правая” и “левая” формы молекулы.
Переключение такого триггераПереключение такого триггера, называемого, называемого
хироптическим, из одного состояния в другоехироптическим, из одного состояния в другое
производится при одновременном действии света ипроизводится при одновременном действии света и
электрического поляэлектрического поля : свет сообщает молекуле энергию, а: свет сообщает молекуле энергию, а
электрическое поле задает направление переключения.электрическое поле задает направление переключения.
Считывание информации происходит оптическимСчитывание информации происходит оптическим
способом.способом.
3) Недавно компания Hewlett-Packard объявила о своих3) Недавно компания Hewlett-Packard объявила о своих
успехах вуспехах в изготовлении логических вентилей на основеизготовлении логических вентилей на основе
молекул ротаксановмолекул ротаксанов. Такой вентиль состоит из молекул. Такой вентиль состоит из молекул
двух типов: циклической (так называемой “бусины”) идвух типов: циклической (так называемой “бусины”) и
линейной (“нити”).линейной (“нити”).

30. В работающем устройстве “бусина” оказываетсяВ работающем устройстве “бусина” оказывается
нанизанной на “нить”, располагаясь на ней в одном из двухнанизанной на “нить”, располагаясь на ней в одном из двух
возможных устойчивых положений. Переход из одноговозможных устойчивых положений. Переход из одного
положения в другое, то естьположения в другое, то есть переключение вентиля,переключение вентиля,
происходит за счет изменения кислотно-щелочного балансапроисходит за счет изменения кислотно-щелочного баланса
среды.среды. Такой переход является обратимым, и им можноТакой переход является обратимым, и им можно
управлять с помощью электрических сигналов. В процессеуправлять с помощью электрических сигналов. В процессе
переключения значительно сдвигается полоса поглощенияпереключения значительно сдвигается полоса поглощения
света молекулами ротаксанов, что дает возможностьсвета молекулами ротаксанов, что дает возможность
считывать информацию оптическим способомсчитывать информацию оптическим способом..
Молекулы ротаксанов могут быть объединены вМолекулы ротаксанов могут быть объединены в
полимерные цепи различной длины и сложности, которыеполимерные цепи различной длины и сложности, которые
будут выполнять логические функции за счет передачибудут выполнять логические функции за счет передачи
сигнала переключения вдоль цепей.сигнала переключения вдоль цепей.
4) Рассмотрим еще один вариант молекулярных4) Рассмотрим еще один вариант молекулярных
устройств, способных выполнять логические операции.устройств, способных выполнять логические операции.

31. Представим себеПредставим себе длинную молекулу, состоящую из двухдлинную молекулу, состоящую из двух
типов чередующихся структурных группировок, одни из которыхтипов чередующихся структурных группировок, одни из которых
служат потенциальными ямами, а другие - потенциальнымислужат потенциальными ямами, а другие - потенциальными
барьерами для прохождения электрона вдоль молекулы.барьерами для прохождения электрона вдоль молекулы. ТакимТаким
образом, эта молекулярная цепочка представляет собой “полосуобразом, эта молекулярная цепочка представляет собой “полосу
препятствий” для электрона.препятствий” для электрона. Исходное состояние молекулыИсходное состояние молекулы
задается так, что электрон может легко пройти ее (за счетзадается так, что электрон может легко пройти ее (за счет
эффекта резонансного туннелирования).эффекта резонансного туннелирования). Однако стоит толькоОднако стоит только
воздействием на одну из группировок изменить высоту барьеравоздействием на одну из группировок изменить высоту барьера
или глубину ямы, - и прохождение электрона станетили глубину ямы, - и прохождение электрона станет
невозможным. Допустим, нашаневозможным. Допустим, наша молекула имеет четыремолекула имеет четыре
потенциальные ямы, глубиной которых мы можем управлятьпотенциальные ямы, глубиной которых мы можем управлять
путем оптического или электрического взаимодействия. Тогдапутем оптического или электрического взаимодействия. Тогда
она способна работать как логический элемент НЕ-И с четырьмяона способна работать как логический элемент НЕ-И с четырьмя
входамивходами. То есть электрон через молекулярную цепочку будет. То есть электрон через молекулярную цепочку будет
проходить только в те моменты, когда сигнал на всех четырехпроходить только в те моменты, когда сигнал на всех четырех
входах отсутствует.входах отсутствует.

32. ““Конструирование”Конструирование”
молекулярного компьютерамолекулярного компьютера
Один из методов молекулярной архитектуры –Один из методов молекулярной архитектуры –
построение объемных схем молекулярных устройств –построение объемных схем молекулярных устройств –
технология Меррифильда, разработанная еще в началетехнология Меррифильда, разработанная еще в начале
70-х годов для получения полипептидов с заданной70-х годов для получения полипептидов с заданной
последовательностью аминокислот. На основе этого методапоследовательностью аминокислот. На основе этого метода
сотрудник центра молекулярной электроники IBMсотрудник центра молекулярной электроники IBM доктордоктор
Джон Линдсней создал управляемый компьютеромДжон Линдсней создал управляемый компьютером
синтезатор, предназначенный для конструированиясинтезатор, предназначенный для конструирования
сложных молекул – компонентов компьютера насложных молекул – компонентов компьютера на
молекулярной основе.молекулярной основе. В процессе синтеза базоваяВ процессе синтеза базовая
молекула химически присоединяется к пластиковоймолекула химически присоединяется к пластиковой
сфере малого диаметрасфере малого диаметра (в реакторной камере содержатся(в реакторной камере содержатся
тысячи таких сфер). Добавление химических соединений втысячи таких сфер). Добавление химических соединений в
камеру осуществляется специализированнымкамеру осуществляется специализированным
манипулятором под управлением ЭВМ.манипулятором под управлением ЭВМ.

33. Компьютер контролирует также температуру, кислотностьКомпьютер контролирует также температуру, кислотность
среды и т.д., периодически анализирует продукт реакции длясреды и т.д., периодически анализирует продукт реакции для
того, чтобы обеспечит правильное его формирование. В ходетого, чтобы обеспечит правильное его формирование. В ходе
определенной последовательности химических реакций,определенной последовательности химических реакций,
предварительно смоделированных на ЭВМ, к базовой молекуле,предварительно смоделированных на ЭВМ, к базовой молекуле,
прикрепленной к пластиковой сфере, добавляются новыеприкрепленной к пластиковой сфере, добавляются новые
молекулы.молекулы. В процессе синтезаВ процессе синтеза, продолжающегося иногда, продолжающегося иногда
несколько дней,несколько дней, под управлением компьютера строятся оченьпод управлением компьютера строятся очень
сложные молекулы. Причем каждая из них оказываетсясложные молекулы. Причем каждая из них оказывается
точной копией прототипа, описание которого хранится вточной копией прототипа, описание которого хранится в
памяти машины.памяти машины.
Синтез идет по модульному принципу.Синтез идет по модульному принципу. На первом этапеНа первом этапе
синтезируются молекулярные вентили.синтезируются молекулярные вентили. На втором этапе изНа втором этапе из
них конструируются более сложные соединения, способныених конструируются более сложные соединения, способные
выполнять функции логически активных элементов.выполнять функции логически активных элементов.
Полученные компоненты можно затем использовать дляПолученные компоненты можно затем использовать для
конструирования молекулярного компьютера.конструирования молекулярного компьютера.

34. Теоретически можно соединить отдельные молекулярныеТеоретически можно соединить отдельные молекулярные
компоненты “проводами”, например, из так называемыхкомпоненты “проводами”, например, из так называемых
углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок – цилиндрических структур диаметром– цилиндрических структур диаметром
несколько нанометров – или из токопроводящих полимеров,несколько нанометров – или из токопроводящих полимеров,
называемых иногда “органическими металлами”. Работы по созданиюназываемых иногда “органическими металлами”. Работы по созданию
полимеров – проводников были начаты еще в 70-х годах и с тех пор ужеполимеров – проводников были начаты еще в 70-х годах и с тех пор уже
нашли массу применений в обычной электронике. В 2000 году авторамнашли массу применений в обычной электронике. В 2000 году авторам
первых работ в этой области – американским ученым А. Хигеру, А. Мак-первых работ в этой области – американским ученым А. Хигеру, А. Мак-
Диармиду и японскому ученому Н. Ширакаве присудили НобелевскуюДиармиду и японскому ученому Н. Ширакаве присудили Нобелевскую
премию по химии.премию по химии.
Остается еще проблема ввода и вывода информации. УстройстваОстается еще проблема ввода и вывода информации. Устройства
ввода информации пользователем в молекулярный компьютер вввода информации пользователем в молекулярный компьютер в
принципе могут остаться теми же, что и в настоящее времяпринципе могут остаться теми же, что и в настоящее время
(клавиатура, мышь, входные порты и т.д.) Однако, поскольку процессы(клавиатура, мышь, входные порты и т.д.) Однако, поскольку процессы
хранения и переработки информации в молекулярной электроникехранения и переработки информации в молекулярной электронике
носят специфический характер (отдельные части одного и того женосят специфический характер (отдельные части одного и того же
компьютера могут работать с информацией, представленной в разныхкомпьютера могут работать с информацией, представленной в разных
формах - электрической, оптической, химической и др.),формах - электрической, оптической, химической и др.), встаетвстает
проблема сопряжения вычислительных блоков между собой, а также спроблема сопряжения вычислительных блоков между собой, а также с
внешними электронными устройствами.внешними электронными устройствами. То есть необходимо иметьТо есть необходимо иметь
преобразователи сигнала из одной формы в другую.преобразователи сигнала из одной формы в другую.

35. Для построения химических (газовых) сенсоров уже давноДля построения химических (газовых) сенсоров уже давно
используютсяиспользуются преобразователи сигнала из химической формы впреобразователи сигнала из химической формы в
электрическую и обратноэлектрическую и обратно. Что касается. Что касается преобразованияпреобразования
электрических сигналов в оптическиеэлектрических сигналов в оптические, то для этого подходят, то для этого подходят
молекулярные аналоги светодиодов и лазеров, в которых используютсямолекулярные аналоги светодиодов и лазеров, в которых используются
светоизлучающие молекулы (хромафоры).светоизлучающие молекулы (хромафоры).
Если для вывода и отображения информации в молекулярномЕсли для вывода и отображения информации в молекулярном
компьютере использовать уже существующие сегодня устройствакомпьютере использовать уже существующие сегодня устройства
(мониторы, проекторы и т.п.), то, как и в случае с вводом, необходимо(мониторы, проекторы и т.п.), то, как и в случае с вводом, необходимо
просто иметь соответствующие преобразователи сигналов. Вместе спросто иметь соответствующие преобразователи сигналов. Вместе с
тем, молекулярная электроника предлагает свои пути решения этойтем, молекулярная электроника предлагает свои пути решения этой
проблемы. Например,проблемы. Например, разрабатываются молекулярные устройства,разрабатываются молекулярные устройства,
на основе которых могут быть созданы сверхтонкиена основе которых могут быть созданы сверхтонкие
жидкокристаллические мониторы.жидкокристаллические мониторы. Для этогоДля этого под массой жидкихпод массой жидких
кристаллов наносится тонкая органическая пленка, обладающаякристаллов наносится тонкая органическая пленка, обладающая
ориентирующим эффектом. На каждую молекулу пленки поступаеториентирующим эффектом. На каждую молекулу пленки поступает
сигнал из компьютера, меняющий ее конформацию и соответственносигнал из компьютера, меняющий ее конформацию и соответственно
ориентацию нанесенного сверху слоя жидких кристаллов, а также егоориентацию нанесенного сверху слоя жидких кристаллов, а также его
отражательные свойства. Таким образом, полученная структура можетотражательные свойства. Таким образом, полученная структура может
служить для вывода информации на экран.служить для вывода информации на экран.