Перед Новым годом у меня на столе оказался CD-ROM. Его невзрачная обложка, выполненная в коричнево-белых тонах в абстрактном стиле 70-х, выглядит малопривлекательно. Скучное название — «Международная конференция по электронным устройствам – 2001» (IEDM) — тоже кажется нарочито непритязательным, почти отталкивающим. Зато содержание этого CD сразу возбуждает любопытство: сотни и сотни технических материалов, представленных на прошедшей в декабре в Вашингтоне конференции IEDM, позволяют судить о положении дел в области полупроводниковой техники. Некоторые из этих идей закончатся ничем: интригующие эксперименты, ведущие в тупик. Другие превратятся в полезные, но не выдающиеся усовершенствования конструкции микросхем. Однако есть среди этих идей и те, что составят основу фундаментальных технологий на ближайшие годы. Так что мы имеем дело с самым настоящим рождественским гаданием. Вот лишь некоторые призраки high-tech будущего, которые мне удалось разглядеть.

Интерфейс связи между микросхемами через пустое пространство. Все мировые достижения в области ускорения обработки данных ничего не стоят без достаточно быстродействующего средства связи между отдельными микросхемами. Но скоростные шины ставят перед разработчиками массу проблем — приходится бороться с шумами и радиопомехами, соблюдать строгие ограничения, накладываемые на протяженность линий, требования по согласованию импеданса и т.п. Одно из решений — использовать вместо электрического тока свет. В докладе Сэдика Изинера (Sadik Esener) из Калифорнийского университета в Сан-Диего сообщается о практических способах соединения оптических компонентов со стандартными микросхемами и о создании демонстрационных систем, которые работают со скоростью до 2,5 Гбит/с, связывая две микросхемы на расстоянии фута (30 см) при потребляемой мощности всего в несколько милливатт. Уровень ошибок быстро приближается к уровню, характерному для электрических систем, а емкость канала достигает тысячи независимых сигналов на квадратный сантиметр поверхности кристалла. Похоже, используется инфракрасный спектр: автор не говорит об этом, но если речь идет о видимом свете, то в темных корпусах наших ПК появится впечатляющая иллюминация.

Микроэлектроника осваивает молекулярную и нейробиологию. В научной фантастике можно найти множество примеров человеко-машинных кибернетических организмов, но до практического воплощения синтеза биологических систем с кремниевыми устройствами еще очень далеко. Питер Фромхерц (Peter Fromherz) из Института биохимии им. Макса Планка вырастил на кремниевой подложке экспериментальную сеть из нейронов крысы и создал электронный интерфейс для связи с ней. По его словам, это первый пример реализации заданной нейроэлектронной схемы на полупроводниковой основе, однако, чтобы претворить в жизнь мечты о биоэлектронных нейрокомпьютерах и микроэлектронных нейропротезах, придется решить массу практических проблем. Автор явно лелеет эти мечты и работает над тем, чтобы сделать их былью.

По сравнению с поражающим воображение миром, на мысли о котором наводит предыдущее сообщение, работа семи нидерландских инженеров из фирмы Philips, посвященная «рекордно высокому параметру fmax в 150 ГГц, достигнутому при длине затвора 0,18 мкм», кажется не более интересной, чем соевая мука. Тем не менее значение этого труда заключается в том, что описанный в нем исключительно быстродействующий транзистор не нуждается в экзотических материалах, конструктивных трюках или специальных технологиях изготовления — это абсолютно стандартный транзистор КМОП. Он облегчает создание радиоустройств на одном кристалле, которые работают на очень высоких частотах и обеспечивают очень широкую полосу пропускания, а также демонстрирует одно из постоянно упускаемых из вида свойств высоких технологий: старая технология часто выходит далеко за пределы своих первоначальных границ и конкурирует — нередко побеждая — с новыми идеями, также нацеленными на преодоление этих границ.

В материалах конференции широко представлены и квантовые устройства. Особенно интересна работа трех ученых из NTT, показавших, что устройства, использующие небольшое число электронов — скажем, от одного до десяти, — могут служить естественными ячейками памяти для чисел от одного до десяти. Это исключает необходимость преобразования в двоичную систему счисления. В качестве доказательства приводится построенная инженерами NTT опытная схема, в которой устройства на базе одного электрона взаимодействуют с более традиционными транзисторами. В числе предлагаемых областей применения этой технологии аналого-цифровые преобразователи и схемы сложения чисел без преобразования в двоичный код; ее преимущества в значительном упрощении микросхем и ускорении их работы. Наверное, самым впечатляющим в этой работе является тот факт, что инженеры обыденно обсуждают приемы манипуляции отдельными электронами в практических целях.

Не остаются без внимания и беспроводные технологии. Ученые Fujitsu прогнозируют появление в 2007-2010 годах сотовых систем четвертого поколения (4G) со скоростью приема данных в 100 Мбит/с и скоростью передачи в 30 Мбит/с. Они будут стоить столько же, сколько и современные сотовые телефоны, и потребуют от антенн базовых станций способности посылать направленные лучи радиоволн, следящие за перемещениями пользователей: это позволит справиться с большим количеством звонков. Для создания такой системы понадобятся DSP огромной мощности (трубки будущего будут состоять главным образом из антенны, пользовательского интерфейса и одной микросхемы), очень быстродействующие, которые будут выделять массу тепла. Тем не менее ученые полны оптимизма и верят, что многие проблемы будут решены. Впрочем, они предупреждают, что для этого потребуется намного более тесная, чем сегодня, кооперация между разработчиками системы в целом и производителями микросхем.

Наконец, о домашних технологиях. Йоган Дэннилс (Johan Danneels) из Alcatel пишет, что для создания хороших домашних сетевых устройств требуется гораздо больше знаний, чем для разработки решений, нацеленных на предприятия. У домашних пользователей нет персонала ИТ, гигантского бюджета и свободного времени: чтобы добиться успеха, домашние сетевые устройства должны абсолютно все делать сами, оставаясь при этом чрезвычайно дешевыми. Так как домашние пользователи захотят также, чтобы их система объединяла голос, видео, музыку, средства защиты и прочее и прочее, ее конструкция должна предусматривать множество разнообразных функциональных возможностей на аппаратном и программном уровнях — разные виды беспроводной связи, DSP, сетевые мосты, брандмауэры и т.п. Это чрезвычайно сложная задача, особенно когда речь идет о том, что большинство людей считает чем-то тривиальным. По мнению Дэннилса, ни одна компания, по всей вероятности, не справится с этим в одиночку, поэтому нужно приготовиться к кооперации — это жизненно важная часть стратегии разработки.

На CD очень много всего, и только Богу известно, найдется ли человек, способный изучить его вдоль и поперек, прежде чем выйдет новый — в декабре будущего года. Но я все же постараюсь — нельзя же разбрасываться подарками из будущего.

ZDNet