Un adevăr incontestabil este că evoluţia tehnologiilor de calcul a avut o acceleraţie greu de imaginat. Timp de cel puţin 40 de ani, de la inventarea circuitelor integrate, rata de creştere a performanţei a fost exponenţială, dublînd puterea de calcul la fiecare 18 luni. Această evoluţie a fost atît de inexorabilă încît a fost denumită ``lege'': aceasta este celebra lege a lui Moore.
Termenul poate însă fi înşelător: legea lui Moore este doar o observaţie empirică, şi nu o lege a naturii. Reputaţia ei a fost întărită de faptul că adesea experţii au prezis bariere care vor stăvili avîntul tehnologiei şi îi vor încetini evoluţia. De fiecare dată, însă, realitatea a depăşit predicţiile, şi legea lui Moore a funcţionat timp 40 de ani. Limitele finale sunt însă din ce în ce mai aproape. În mod surprinzător, cele mai ameninţătoare bariere care se profilează sunt de natură economică!
Dacă urmărim costul unei fabrici care produce circuite integrate vom observa că urmează aceeaşi curbă exponenţială pe care o urmează performanţa circuitelor integrate. O astfel de fabrică a ajuns la ora actuală să coste cam 2 miliarde de dolari, şi la aceeaşi rată de creştere va ajunge la 50 de miliarde în 2010. Acesta e un cost pe care foarte puţine companii şi-l pot permite, mai ales că investiţia nu este lipsită de riscuri (vedeţi de exemplu războiul Intel-AMD, cu tot felul de întorsături neaşteptate în poziţia de lider al pieţei).
Chiar dacă putem argumenta că fabricile vor putea fi construite în comun de către consorţii de fabricanţi, există o serie de costuri care nu pot fi distribuite: fiecare circuit integrat este construit folosind o serie de măşti; costul măştilor a suferit şi el o evoluţie exponenţială, făcînd deja prohibitivă fabricarea de chip-uri de către companiile mici.
Creşterea costului de fabricaţie este dată de costul dispozitivelor mecanice care sunt folosite în fabricarea integratelor. Pe măsură ce dimensiunea tranzistoarelor scade, cerinţele de precizie pentru alinierea măştilor, şlefuirea suprafeţei plăcii de siliciu, montarea nivelelor de metal ale circuitului final, etc., cresc şi ele; costul unor dispozitive mecanice care fac operaţii atît de precise creşte deci exponenţial cu scăderea dimensiunii.
Anticipînd sfîrşitul acestei ere prodigioase din istoria calculatoarelor, grupul de cercetare din care fac şi eu parte a început să investigheze modele alternative de calcul. În acest articol voi prezenta pe scurt propunerea noastră pentru următoarea generaţie arhitecturală, care substituie în locul circuitelor integrate în tehnologie CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) circuite construite folosind nanotehnologie electronică.

Nanotehnologie
Dicţionarul Webster defineşte cuvîntul ``nanotehnologie'' ca ``arta manipulării unor dispozitive minuscule, de dimensiuni moleculare''. Guvernul american însă a investit anul trecut jumătate de miliard de dolari în cercetarea din domeniul nanotehnologiilor, în încercarea de a transforma-o dintr-o ``artă'' într-o ``ştiinţă''. Ca urmare, activitatea de cercetare din domeniu este prodigioasă; în secţiunea despre alte surse de informaţie ofer cîteva legături care vă pot ghida spre paginile de web ale unora dintre cele mai renumite laboratoare. Progresele rapide, mai ales din chimie, au pus la-ndemîna cercetătorilor o seamă de unelte miniaturale minunate.
În această secţiune voi trece în revistă unele dintre dispozitivele minuscule care se anunţă a fi potrivite pe post de componente ale unui dispozitiv de calcul; nanotehnologia ca domeniu se ocupă de multe alte lucruri, pe care le voi ignora. Chiar şi printre dispozitivele nano-electronice, este imposibil de făcut o enumerare exhaustivă, aşa că mă voi mulţumi doar să ilustrez cu exemple reprezentative.
Componente
Primul ingredient necesar pentru a construi circuite la scară moleculară este... sîrma. Astfel de sîrme trebuie să fie foarte subţiri, lungi, rezistente mecanic, şi să aibă o conductanţă electrică bună. Din fericire chimiştii au descoperit o serie de molecule care au exact proprietăţile necesare. Figura 1 este ilustraţia unui fragment din cea mai celebră dintre moleculele descoperite, nanotubul de carbon.


Figura 1: Nanotuburi de carbon: fiecare biluţă este un atom de carbon legat covalent cu vecinii săi. Aceasta este partea din stînga a unei singure molecule. Pentru descoperirea acestor molecule Richard Smaley, de la universitatea Rice din Statele Unite, a primit premiul Nobel pentru chimie în 1996. Astfel de molecule au un diametru de 5 nm şi pot avea lungimi de ordinul milimetrilor. Proprietăţile lor electrice şi mecanice sunt excelente, în pofida dimensiunilor lor minuscule.
Al doilea ingredient de care avem nevoie este un comutator, care poate închide şi deschide circuite. Din fericire şi pentru acest dispozitiv există o pletoră de alternative; în figura 2(a) este schema unui astfel de comutator; fiecare biluţă este un atom.


Figura 2: (a) Un comutator molecular. O moleculă polarizată are un nor de sarcină electrică asimetric. În poziţia din stînga norul blochează trecerea curentului electric. Aplicînd un potenţial ridicat cauzăm rotirea moleculei şi reorientarea norului electronic; molecula în poziţia din dreapta conduce curent electric într-o singură direcţie, comportîndu-se ca o diodă. Molecula are ``memorie'', pentru că rămîne pentru multă vreme în poziţia în care a fost pusă. Un potenţial mare negativ poate muta molecula înapoi în starea neconducătoare. [această figură este adaptată din revista Scientific American] (b) Comutatorul molecular plasat între două nano-sîrme.

Referatul Nanotehnologie - tehnologie pe care doriti sa-l downloadati nu este gratuit. Alegeti una din modalitatile de plata de mai sus pentru a primi codul pentru descarcarea referatului.

Va rugam sa introduceti o adresa de mail valida. Referatul cumparat va fi trimis si la adresa de mail pe care o veti spefica, descarcarea acestuia incepund in momentul in care dati click pe butonul 'descarca', dupa ce ati completat toate datele necesare.