(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Нанотехнологии Нанотехнологии и процессоры

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Ахметзянов Изяслав Дмитриевич Вице – президент Регионального отделения Академии электротехнических наук РФ (АЭН ЧР) Исполнительный вице - президент AGL Technologies Co., Ltd. (Сеул, Республика Корея) Консультант по вопросам интеллектуальной собственности российских и международных компаний (Дипломы Международного учебного центра МОТ ООН и Свидетельство ВА ВОИС ООН) Автор более 100 научных трудов и изобретений, в том числе по нанотехнологиям, защищенных патентами многих стран мира (РФ, США, Великобритания, Австрия, Швеция, Финляндия, Республика Корея и др.). Лектор:

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Послание президента Н.Федорова "Чувашия из будущего и для будущего" Нам необходимо решить две основные задачи: первая – модернизация существующих базовых отраслей, повышение их восприимчивости к инновациям; вторая – создание на всей территории республики высокотехнологичных секторов, определяющих перспективы развития в будущем Первый приоритет – Нанотехнологии Второй приоритет. Я недавно объявил о том, что Чувашская Республика реально может стать первым биорегионом России. По сути, в 2010 году будет дан старт «зеленой революции» в Чувашии Третий приоритет – развитие и использование конвергентных информационно-коммуникационных технологий Четвертое направление – развитие иных, кроме солнечного, альтернативных источников энергии Подход к новой экономике требует дальнейшего развития и повышения уровня образования, культуры и здравоохранения. Инвестиции в человека – не что иное, как прямые инвестиции в экономику.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Послание президента Н.Федорова "Чувашия из будущего и для будущего" Успех индустриализации в СССР в 30-х годах прошлого столетия был обеспечен прежде всего за счет ликвидации всеобщей безграмотности и подготовки квалифицированных инженеров и рабочих. Сегодня успех модернизации также будет достигнут за счет всеобщей компьютерной грамотности и подготовки современных инженеров, программистов и высококвалифицированных рабочих. Для этого надо начать уже сегодня с простого, но очень важного проекта. Такого, который пока не осуществил ни один российский регион, – с тотального обучения населения навыкам работы на компьютере. В республике для этого созданы очень даже неплохие заделы. Задача Минобразования и Минкультуры Чувашии – учитывая высочайший уровень компьютеризации школ и библиотек республики, который, по данным экспертов, находится на уровне ряда европейских стран, совместно с Госкомсвязьинформом Чувашии, общественными организациями разработать целевую программу по обеспечению всеобщей компьютерной грамотности населения республики.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Нанотехнологии и параметры процессора ПроцессорРазмер кристалла Число транзисторов Техпроцесс (размеры транзистора) Core 2 Extreme X мм² 291 млн.65 нм Athlon 64 FX мм² 227 млн.90 нм

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Закон Мура Закон Мура эмпирическое наблюдение, сделанное в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы), в процессе подготовки выступления Гордоном Муром (одним из основателей Intel) Он высказал предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца Представив в виде графика рост производительности запоминающих микросхем, он обнаружил закономерность: новые модели микросхем разрабатывались спустя более или менее одинаковые периоды (1824 мес.) после появления их предшественников, а ёмкость их при этом возрастала каждый раз примерно вдвое

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Закон Мура В книге «Искусство схемотехники» Хилла и Хоровица (1980 годы) приводится образное сравнение если бы Боинг 747 прогрессировал с такой же скоростью, с какой прогрессирует твердотельная электроника, то он умещался бы в спичечном коробке и облетал бы без дозаправки земной шар 40 раз. С момента формулировки закона Мура прошло более 40 лет. Несмотря на некоторые колебания в периоде удвоения, закон Мура продолжает работать (2009 год). В 2007 году Мур заявил очевидно, что закон скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Текущий предел для размера транзистора установлен экспериментально – 1 нм В Манчестерском университете "Школа физики и астрономии" (University of Manchester's School of Physics and Astronomy) профессор Андре Гейм (Prof. Andre Geim) и доктор Костя Новоселов (Dr. Kostya Novoselov) ведут эксперименты над изготовлением транзисторов из графена. Графен (англ. graphene) - слой атомов углерода, соединённых посредством sp2-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. В марте 2007 года эти ученые объявили о создании транзистора, имеющего толщину всего в один атом и менее 50 атомов в ширину. Теперь же британские ученые сообщили о создании первого в мире работающего 1-нм транзистора. Транзистор имеет один атом в толщину и 10 атомов в ширину. Применение таких транзисторов может увеличить производительность процессоров в десятки раз, но не это является главным открытием. Почему бы не предположить, что в скором времени они или другие ученые научатся оперировать исходным материалом на уровне квантов?

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Закон Мура означает увеличение производительности Вычислительная мощность, измеряемая в миллионах команд в секунду, стабильно увеличивалась с повышением количества транзисторов. Однако закон Мура также означает сокращение расходов. С увеличением производительности полупроводниковых компонентов и элементов платформы стоимость их производства экспоненциально уменьшается, благодаря чему увеличивается их количество и распространенность в повседневной жизни.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун 11 февраля в США - праздник - День изобретателя. В честь этого праздника заслуженный инженер-исследователь (Intel Fellow) корпорации Intel Келин Кун (Kelin Kuhn) поделилась своими мыслями о том, какими качествами должен обладать изобретатель. Я перестала читать научную фантастику, когда в конце 2003 года оказалась в команде разработчиков 45-нм производственной технологии. Это произошло не потому, что у меня не было времени на чтение, хотя отчасти это верно, а потому что по сравнению с нашей работой фантастика стала казаться скучной. До прихода в Intel я была профессором в университете и занималась лазерами и оптикой. Я знала, что фотоотпечаток объекта не может быть меньше длины волны света, используемого для проекции. Работая над 45-нанометровой технологией, мы регулярно создаем транзисторы, размер которых по крайней мере в пять раз меньше длины волны ультрафиолетового (УФ) излучения, применяемого для получения отпечатка. Ячейка статической памяти, изготовляемой по 45-нм процессу, меньше красного кровяного тельца человека.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун. Пояснения Для начала приведем некоторые факты, чтобы можно было сопоставить: 45 нм это много или мало? Так, первый транзистор, созданный исследователями Bell Labs в 1947 году, помещался на ладони, в то время как новый 45-нм транзистор Intel в 400 раз меньше красной кровяной клетки человека. И если бы удалось в такой же степени, как транзисторы, уменьшить жилой дом, мы не смогли бы разглядеть его невооруженным глазом. Увидеть 45-нм транзистор можно только при помощи самого современного микроскопа. Такой транзистор, входящий в состав готовящегося к выпуску процессора нового поколения с кодовым названием Penryn, будет примерно в миллион раз дешевле, чем транзистор образца 1968 года. И если бы цены на автомобили упали пропорционально, сегодня новый автомобиль стоил бы около 1 цента. 45-нм транзистор способен включаться и выключаться примерно 300 млрд раз в секунду. За время, необходимое ему для включения или выключения, луч света проходит меньше 2,5 мм.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун При разработке 45-нм производственной технологии мы столкнулись с критичной проблемой, описание которой уместнее звучало бы на борту звездолета, а не в реальной жизни. В конце 90-х команда сотрудников подразделения Components Research Group корпорации Intel под руководством Роберта Чау (Robert Chau) начала поиск решений этой проблемы. Они установили, что заменив традиционный диэлектрик затвора на диэлектрический материал Hi-K с добавками оксида гафния, можно существенно уменьшить квантово- механическое «туннелирование» электронов. Они также обнаружили, что для организации эффективного производства материалов Hi-K на основе гафния необходимо изготавливать электрод затвора из другого материала - вместо поликристаллического кремния использовать металл.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун В то время (конец начало 2004 гг.) единственные рабочие транзисторы с диэлектриками high-k и металлическими затворами были получены в рамках исследовательских программ, и технологии их производства просто не существовало. Мысль о том, что Intel сможет всего за четыре года перейти от экспериментальной стадии изготовления таких структур к их рентабельному производству, казалась фантастической.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун Сегодня я вспоминаю, как происходило внедрение 45-нм процесса. Я до сих пор восхищаюсь тем, что нам удалось реализовать эту новаторскую составную архитектуры транзисторов (а также удовлетворить напряженным производственным требованиям). Мы снова подтвердили справедливость закона Мура, за два года совершив переход с 65-нм на 45-нм производственный процесс. График, на котором показан процесс постепенного смещения 65-нм процессоров 45-нанометровыми

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Сказание о 45 нанометрах инженера- исследователя Келин Кун Мой отец говорил: «Непрофессионал считает, что все должно работать, и удивляется, когда что-то не работает. Профессионал уверен, что ничего не должно работать, и удивляется, когда что-то заработало». Это шутливое высказывание отражает истинную правду. При решении трудной задачи на «укрощение» вещей, которые работают неправильно, затрачивается столько энергии, что когда наконец приходит успех, его можно даже не заметить. Пластина с процессорами Intel Penryn, выполненными по технологии 45 нанометров

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Двадцатый (?) наноюбилей 28 сентября 1989 года член научного общества IBM Дон Эйглер первым в истории человечества сдвинул одиночный атом. Этот эксперимент позволил совершить научный прорыв и положил начало нанотехнологиям в современном их понимании. Дата начала нанотехнологической революции до некоторой степени условна. Так, более эффектный эксперимент Эйглер провел 11 ноября того же года, выложив при помощи сканирующего туннельного микроскопа надпись "IBM", состоящую из 35 атомов ксенона. Стоит отметить, что формально историю нанотехнологий можно отсчитывать с 29 декабря 1959 года, когда на возможность манипулирования отдельными атомами и молекулами указал американский физик Ричард Фейнман. Если же углубляться еще больше в прошлое, то до некоторой степени и выплавка стали, и вулканизация резины являются примерами применения нанотехнологий. В середине сентября 2009 года ведущий производитель чипов – компания Intel начала производство процессоров, основанных на 32-нанометровой технологии. Это решение сопровождается огромными затратами, так как требует смены и модернизации оборудования. В случае Intel за возможность оперировать элементами размером в 32 нанометра придется заплатить семь миллиардов долларов. В конечном счете, чем меньше размеры, с которыми надо работать, тем это выгоднее. В случае микропроцессоров уменьшение размеров ведет к удешевлению производства и снижению энергопотребления. Несмотря на то, что прошло уже двадцать лет, и нанотехнологии можно встретить повсеместно, их развитие только начинается. Сейчас они используются для разработки новых лекарств и проведения химических экспериментов; создания новых материалов с улучшенными свойствами и экологически чистых энергетических систем; для утилизации аккумуляторов и очистки металлов от примесей.

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР IBM спустилась на молекулярный уровень Ученые из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе разработали технологию, позволяющую получить графические данные о структуре индивидуальной молекулы При помощи данной разработки можно будет в перспективе создавать электронику, работающую с блоками, которые по своим размерам сопоставимы с молекулами вещества Это исследование и его результаты являются крайне важными для создания компьютеров, оперирующих компонентами атомарных масштабов Подобные вычислительные устройства будут значительно более мощными и энергоэффективными в сравнении с нынешними ПК Нынешний опыт был проведен в экстремальных условиях – температура окружающей среды была 5 градусов Кельвина (минус 268 градусов по Цельсию), а сами тестовые молекулы были помещены в вакуумную среду и удерживались при помощи электрического поля

(С) И.Ахметзянов. ЧРИО-АЭН ЧР Спасибо за внимание И.Ахметзянов