Tölvumál - 01.12.1994, Blaðsíða 18

Desember 1994
miðað við að eiginleikar efna, sem
efnismassa, haldi sér. Flest efni
hætta að hegða sér eins og við
eigum að venjast þegar þykkt eða
rúmmál þess fer niður fyrir u.þ.b.
1000 frumeindir (eða um 250nm
(0,25|am) fyrir hálfleiðara-
sameindir). Þegar búa á til hluti
sem hafa minni víddir en sem
svarar nokkur hundruð frum-
eindum þá taka við önnur lögmál,
sem ekki eru eins vel þekkt og þau
sem gilda fyrir efnin í heild sinni.
Vídd sameinda í hálfleiðurum er
um fj órðungurúr nanómetra (0,25
nm). Þess vegna hefúrtæknin, sem
þarf til að búa til hluti úr einstökum
sameindum, oft verið kölluð
nanótœkni.
Skoðum fyrst hversu langt hægt
verður að komast með því að nota
sérhinavenjulegu eiginleikaefna
við að smíða MOS rásir. Nú-
veranditækni leyfirsmíðiörgjörva
með meira en lgm nákvæmni.
Hinn nýi PowerPC 601 gjörvi er
smíðaður með 0,65umnákvæmni,
en talið er að miðað við þær fram-
leiðsluaðferðirsemfyrirsjáanlegar
eru séu neðri mörkin nákvæmni
uppáum0,15|mn. MOSrásirem
byggðar upp sem nokkur lög
mismunandi leiðandi efna. Eflögin
sem eiga að vera einangrandi verða
of þunn þá er hætt á að rafeindir
getikomistámilli leiðandi laganna
og haft áhrif sem ekki er ætlast til.
Neðri mörkin á þykkt einangrandi
efnis til að koma í veg fyrir þessa
smitun á milli laga virðast vera af
stærðargráðunni 5 nm. Á rann-
sóknarstofnunum hafa nú þegar
hafa verið framleiddar MOS rásir
sem eru nálægt þessum mörkum.
Þau rafsegulsvið sem myndast
í hálfleiðararásum setja smækkun
þeirra ákveðin takmörk. Ef raf-
segulsviðið verður of sterkt þá
missir efnið alla stjóm á rafeind-
unum og úr getur orðið óstjórnleg
aukning í rafstraumi. Þessi mörk
eru mismunandi eftir efnum, en í
kísli koma þessi vandamál fram
við 3* 105 V/cm. Þar sem lág-
marksnothæf spenna í kísilrás er
um IV, þá kemur i ljós að lág-
marksviðbragðstími kísilrásar er
um 10" sek., eða 0,01 ns. Nú er
reyndar að verða algengara að
frumeindum af öðmm gerðum sé
“blandað saman við” kísilfrum-
eindimar til að fá fram betri eigin-
leika (kallað
“doping”).
Þegarrök-
rásir smækka
án samsvar-
andi minnk-
unar i raf-
spennu þá
veldur það
auknum hita
sem þarf að
losa úr rás-
inni. Þeir
gjörvar sem
einnig hafa
mjög háa
klukkutíðni
leggja enn
meiri byrðará
kælitæknina. Pentiumgjörvimifrá
Intel er 2,9 cm2 að flatarmáli og
notar allt að 16 vött, eða 5,5 W/
cm2. Tilhliðsjónarerorkuþéttleiki
hellu á eldavél um 3 W/cm2.
Takmörkin eru þó enn ekki í
Mynd 3. Skipting afkastaaukningar milli
samhliða vinnslu og hraðaaukningar
augsýn því tekist hefur að kæla
kísilflögumeð 1000 W/cm2.
Hversu hratt er þá fræðilega
mögulegt að framkvæma grunn-
bitaaðgerðirnar í tölvum? Það er
ekki auðvelt að svara þessari
spurningu. Hingað til hefur
afkastageta tölva nokkurn veginn
tvöfaldastá2-3árafresti. Ekkier
öll sú aukning vegna aukins hraða,
heldur er farið að nota samhliða
vinnslu meir en áður. Efvið lítum
einungis á hraða einstakra bita-
aðgerða þá eru á þeim augljós efri
mörk, sem er hraði ljóssins í
gegnum þær sameindir sem nauð-
synlegar eru til að búa til aðgerð-
ina. Það tekur ljósið um 10-17
sek. að fara í gegnum 10 frumeindir
efnis. I hraðvirkustu rökrásum í
dag tekur ein bitaaðgerð um 10-
1 1 sek. þannig að í framtíðinni er
varla er hægt að búast við nema(!)
í mesta lagi milljónfaldri hraða-
aukningu. Tilþessað veldisaukn-
ingin í afkastageta tölva geti haldið
áfram næstu árin er augljóst að
sífellt stærri hluti þeirrar aukningar
verður að koma frá samhliða
vinnslu. Nú þegar er samhliða
vinnsla orðin mikilvægur þáttur í
afköstum flestra örgjörva (sbr.
pípun, "superscalar", o.fl.). Á
mynd 3 sést gróf spá um hvemig
hlutur samhliða vinnslu í afkasta-
aukningu mun vaxa næstu áratugi.
Nanótölvur
Eins og fram hefur komið að
ofan verður varla nægilegt að nýta
eingöngu stórsæja (e. macro-
scopic) eiginleika efna nema í einn
til tvo áratugi í viðbót. Þá verða
menn væntanlega að fara að smiða
tölvur úr einstökum sameindum.
Mikið hefur verið rætt og ritað að
undanförnu um þau vinnubrögð
sem nota þarf á þessum stærðar-
þrepum. Tækni þessi kallast
nanótækni vegna þess að stærð-
irnar eru mældar í nanómetmm.
18 - Tölvumál