Nové technologie pro přenos informací I.

Vývoj klasických křemíkových součástek pomalu naráží na fyzikální omezení. Výrobci se proto soustřeďují na vývoj nových technologií. Svou naději vkládají do zázraků nanotechnologií, jednomolekulových tranzistorů a laserových čipů.

Gordon Moor povoláním chemik a jeden ze zakladatelů Intelu v roce 1965 vyslovil předpověď, že kapacita čipů se při zachování ceny zdvojnásobí každých dvanáct měsíců. Jeho slova přesně zněla: „Složitost součástek se každý rok zdvojnásobí při zachování stejné ceny.“, ovšem již delší dobu se místo dvanácti měsíců uvádí měsíců osmnáct. Ač jeho prognóza zatím příliš na pravdivosti neztratila, nastává doba, kdy se konstruktéři klasických součástek dostávají do nesnází. „Mooreův zákon“ by při používání stávajících technologií přestal brzy platit.

Důvod je jednoduchý. Neustálé zvyšování kapacit součástek (čipů) se odvíjí od stále vzrůstající implementaci tranzistorů, tj. aby na dané ploše součástky vzrostl počet tranzistorů, je třeba tranzistory vyrábět menší a menší. Intelu i AMD se podařilo zatím s úspěchem vyrábět součástky s geometrií pohybující se kolem devadesáti nanometrů, čili devadesáti miliardtin metru.. Při snaze dostat se na menší měřítka vyvstávají již problémy. V takto nepatrných součástkách pomalu uniká proud a není možné jej tedy vést do potřebných částí elektroniky.

To je jeden z důvodů, proč se nyní obě velké firmy — a vlastně nejen ony — soustřeďují na spolupráci s vědeckými pracovišti, kde se odborníci snaží vyvinout techniky, které by umožnily výrobu mnohem menších a efektivnějších součástek a které by tak Mooreův zákon udržely v platnosti.

Jedním z používaných triků, jak předejít problémům s miniaturizací součástek, ale přesto zvyšovat kapacity a rychlost počítačů, je výroba vícejádrových procesorů. V současnosti se dvoujádrové procesory používají vcelku běžně — třebaže by obě jádra procesorů pracovala odděleně pomaleji, jejich společný výkon dokáže lehce překonat rychlost i jiné vlastnosti těch nejrychlejších jednojádrových. Jak se AMD a později i Intel nechali slyšet, na trh plánují uvést dokonce čtyřjádrové procesory.

Společnost IBM pokročila trochu dále a problémy s miniaturizací řeší novátorsky. Nechala si patentovat technologii založenou na uhlíkových nanotrubkách, v níž se kombinuje klasická křemíková technologie s nanotechnologií uhlíkových molekul.

Obrázek: 3D struktura uhlíkové nanotrubky

Intel se vydal jiným směrem. Nechal se slyšet, že se jeho zaměstnancům ve spolupráci s vědci povedlo vyvinout zcela novou architekturu, kterou nazývají tri-gate tranzistory. Jak uvádějí, rychlost čipů sestavených z těchto tri-gate tranzistorů vzroste o čtyřicet pět procent a o pětatřicet procent klesne spotřeba energie. Uvedené hodnoty jsou srovnány se současnými pětašedesátinanometrovými tranzistory. Jak je patrné, ona úspora energie hlavně pomůže překonat technické překážky u mobilních zařízení.

Jak výrobci říkají, s touto technologií se mohou dostat na úroveň kolem dvaatřiceti až dvaadvaceti nanometrů, což v tom případě udrží Mooreův zákon naživu ještě dalších deset let.

Rychlost procesoru je sice jedním z hlavních ukazatelů, ovšem není to jediný parametr, který procesor charakterizuje. Intel si proto najal odborníky z Kalifornské univerzity, kteří pracují na vývoji laserových čipů na křemíkové bázi.

Jejich záměr je snadné pochopit. Jak bylo řečeno v úvodu článku, miniaturizace součástek vede k problému, kdy začíná unikat elektrický proud, dochází k energetickým ztrátám, zpomalování přenosu dat apod. Intel problém chce řešit revolučním krokem: pro přenos dat mezi čipy chce použít laserových paprsků. Jak Intel slíbil, skutečnost, že nové laserové čipy s sebou ponesou snížení výrobních nákladů, se odrazí v nízkých cenách pro koncové uživatele.

Použití laseru v informačních technologiích není ničím novým. V elektronice obecně se laseru využívá často, a to ať jde třeba o CD a DVD přehrávače, nebo optické kabely vedoucí internetová spojení. Ovšem na poli čipových technologií půjde o krok vskutku revoluční a obdivuhodný, jelikož přenos dat bude bezkonkurenčně rychlý, spolehlivý a s mnohem menšími energetickými náklady a ztrátami.

10. 10. 2006

Autor: Oldřich Klimánek