ЕЛЕКТРОНИКАТА

[П. Теодосиев]

ЕЛЕКТРОНИКАТА

По-точното заглавие би било «Микроелектрониката», но тук ще говорим за възможностите на бъдещите й технологии, а те са еднакви (или почти еднакви) при създаването на раз- личните интегрални схеми. Засега основната тенденция, която ще се развива и в бъдеще, ще бъде по-нататъшната миниатюризация на отделните елементи, от които са изградени полупроводниковите схеми. Да видим къде ще ни отведе това.

Причините за стремеж към максимална интеграция на елементите върху една подложка (често пъти интегралната схема бива наричана чип) са общо взето ясни. Преди всичко обаче трябва да се знае, че цената на една интегрална схема почти не зависи от броя на елементите върху нея, тоест не зависи от нейната сложност, колкото и парадоксално да е това, а от производителността на производствената технологична линия. Повишаването на интеграцията увеличава бързодействието на схемата и разширява нейните функционални възможности, намалява се в известна степен консумацията на енергия и прочие. Така че параметърът «интеграция» е основен критерий в развитието на електрониката.

Засега специалистите виждат два пътя за неговото повишаване — да се увеличава количеството на отделните елементи върху подложката или да нараства площта на използваната подложка, като се смята, че първият е по-ефективен. Ако се вгледаме малко по-внимателно в развитието на интегралните схеми, ще видим, че темповете на увеличаване на площта на схемите в началото на следващия век ще се изравнят с темповете на намаляване на размерите на елементите. Какво означава това?

Микроминиатюризацията на елементите води до гигантизъм при схемите и от интеграция на елементите постепенно ще се премине към интеграция на функциите. На практика се очаква подложката да обедини върху себе си милиони (десетки и стотици) елементи и полупроводниковата технология отново да премине от групово към индивидуално производство, но вече на едно качествено ново ниво. Ако се използуват някои екстраполации, може да се каже, че една такава свръхсуперинтегрална схема ще съдържа около един милиард елемента, раз- положени върху площ няколко стотни квадратни сантиметра; като всеки отделен функционален елемент ще има размери под един микрометър. Всъщност това представлява и физическата граница, която природата и нейните закони поставят пред миниатюризацията.

Сега да погледнем нещата от друг ъгъл. В рамките на стайната температура параметрите на интегралните схеми постепенно ще достигнат максималните си, определени от природата, стойности. Един от изводите от тази малко песимистична ситуация е да се използуват ниски температури и свръхпроводими материали. С прилагането на тези условия могат да се намалят допълнително- граничните габарити на елементите с един-два порядъка за линейните размери и с два-три порядъка за обемните. По такъв начин вероятно ще бъдат създадени структури, които няма да отстъпват по сложност и вътрешна организация на човешкия мозък — най-сложното нещо, което познаваме засега. Според мнението на специалистите през следващия век ще се появят високопроизводителни криогенни (нискотемпературни) системи, които ще съдържат десетки и стотици милиарди бързодействуващи елементи, с обем около един литър.

Това е дори по-малко от обема на човешкия мозък и освен това тези системи ще действат с твърде по-висока скорост при обработката на информацията. Дали един такъв изкуствен мозък би могъл да придобие самосъзнание, е въпрос, който ще оставим други да решават, а ние да се върнем към електрони -ката на бъдещето.

Тук е мястото да се каже, че криогенният изход до известна степен е мним. Защото при него влизат в действие други природни закони, които от своя страна също ограничават нарастването на интеграцията. Поради своята сложност те не могат да бъдат обект на нашето внимание и твърдението може да се приеме на доверие. По всяка вероятност трябва да се примирим с факта, че части от микрометъра ще бъдат естествената граница на минималния размер при отделните елементи върху една подложка поне до момента, когато се открие нещо ново в тази област.

Всичко това, за което стана дума досега, се отнася до елементната база на електрониката от следващото столетие — интегралните схеми. Съвсем друго е положението при системите, които ще се изграждат от тях. Тук възможностите са толкова големи и необозрими,че почти е невъзможно да се очертаят някакви граници, забрани и други ограничения. Поради гази причина е много трудно да се прогнозират пътищата в развитието на електрониката, особено като се имат предвид функционалните й възможности. По-нататъшната елементарна екстраполация би довела до абсурдното твърдение, че в началото на следващия век (при същите темпове на миниатюризация) плътността на отделните елементи в интегралната схема ще постигне плътността на атомите в кристалната решетка. Поради тази причина ще се наложи да изоставим метода на екстраполацията и да се обърнем към здравия разум.

Изчерпвайки външните си възможности, еволюцията на електрониката през следващия век ще се обърне към много по-дълбоки преобразувания на вътрешната си структура и по всяка вероятност ще се раздели на отделни клонове, основните три от които ще бъдат свързани с развитието на отделните елементи, интегралните схемии и системите с развита архитектура. И въпреки че елементите влизат в състава на интегралните схеми, а те изграждат системите, всяко направление ще има свой собствен път на развитие.

[dedenze]

Надали криогенната техника ще бъде бъдещето на електрониката. Бързодействието може да се увеличи и с по-сложни, паралелни системи. Подобни се използуват вече в компютрите. Изостава обаче битовото дистанционно управление, от съображения за сигурност и тероризъм,автономните управляеми модули. Както и системите с възможност за самообучение и самолечение. Значително ще нарастне устойчивостта към външни, паразитни и полеви въздействия, при незначителна енергоконсумация. Опасни сфери при сегашните умствени и социални способности на човека, значително изостанали от техниката.

[Joro-01]

dedenze,

Може би не, но със сигурност ще има място за криогенната техника. Има активни елементи аналози на транзистора (криотрон, куайтрон), преходи на Джоузефсън... доста по-бързи от сегашните транзистори. Поради факта, че не генерират собствен шум (заради криогенните темптератури) свръхпроводниците са много подходящи за сензори. Квантовите компютри в по-голямата си част заисят от тези технологии. Тум е възможно дин бит да е отделна частица (примерно електрон) с определен спин. Този бит обаче освен 1 и 0 може да изобразява и 2-те състояния едновременно - т. наречената суперпозиция (когато един електрон има противоположни спна едновременно). (((За това някъде казах, че няма аналок с макросвета. Все едно да завъртиш топче в 2 те посоки едновременно.))). При това положение с даден брой биитове се изразяват много повече числа.

Е, минуса е нуждата от криогенно охлаждане.

Спинтрониката в известен смисъл може да работи и на стайна температура. Спин FET транзисторите.

има обаче и други направления - въглеродните нанотръбички (нанотехнологии и самоорганизация като цяло), оптоелектрониката, ДНК базираните (или на базирани на бактерии; или на отделни органели; или на протеини) памети и транзистори, силициевата микромеханика...

По-скоро всяко нещо ще се ползва там за където е няй-подходящо.

- Био и Днк компютрите ще търсят ваксини или ще симулират процеси в живите системи (има концепции и за такива квантови компютри);

- Квантовите - те ще решават сложните задачи по физика;

- Въглеродните нанотръби и ДНК базираните схеми могат на първо време да заменят слициевите компоненти;

- оптоелектрониката - оптични процесори и компютри - за всякакви задачи. Оптиката е подходяща за пренос на сигнал (защо не и енергия) на големи разстояния по въздух, вакуум и световоди... Холографията има големи възможности за информационен носител, но се ограничава от някои сега съществуващи неудобства

[dedenze]

Разбира се, че криогенната техника, ще има място в електрониката на бъдещето. Особено за сателитни космически обекти, където нужните минусови температури са естествена среда. Тук на Земята, нещата в по-близък план ще се развиват в по-друга посока. Функциите на персоналните компютри ще се сведат до екран- клавиатура и цифров сателитен телеканал. Малък, енергоспестяващ обем. Изчислителната част и паметта ще се поеме от големи сървъри с персонален достъп и огромна библиотека с данни, там е възможна криогеника за висока скорост и малък обем.

Най-важното развитие на електрониката е навлизането във всички сфери на науката и техниката, където сега значително изостават- медицина, екология, физика, химия, бит с директно приложение.

[Joro-01]

Ми аз мисля, че електрониката вече е навлязла, мо-скоро можем да говорим за по-широка употреба...

В екологията, предимно в аспект мониторинг - ползват се доволно много апаратчета гарантирам (професионално се занимавам), разбира се винаги може още.. Преполагам и при другите области, които спомена е така.

Съгласен съм с тебе за тенденциите по отношение на изчисление и съхранение някъде в сървъри, докато компютрите станат само един екран. Това са т. нар. "облачни изчисления" (cloud computing), Google (и не само, вече го прави (Google docs), който иска може да да го пробва, нужен е само акаунт в Google.

Недостатъка на горното е необходимоста от интернет достъп. Ако приемането от сателит не е проблем, то изпращането на сигнал от джобно устройство до сателит е малко по-проблематично.

Аз лично очаквам новости при адаптивните антени или сдвояването на частицте..

[Б.Богданов]

...

Съгласен съм с тебе за тенденциите по отношение на изчисление и съхранение някъде в сървъри, докато компютрите станат само един екран.

. . .

Това е много стара идея на IBM. Видео терминалите имаха само екран и клавиатура, а в още "по-стари" времена пишещо устройство + клавиатура. Говоря за базов модел IBM 3270 /LU 6 - Logical Unit 6/. Използувал съм такъв около 6 години, преди да се появят персоналните компютри.

Определено имат много недостатъци в сравнение с по-късните интелигентни видеотерминални устройства, като Персонален компютър, снабден с телекомуникационна карта.

Пример за недостатък: типичното терминално устройство /монитор + клавиатура/ една сметка не може да направи, ако телекомуникацията не е налична. Това е причината след деведесетте години на двадесети век, масово да се премине на ПСта с карта 3270. Имаше и български карти 3270 с вградена кирилица.

Разбира се, сега отново има тенденция към връщане на това позабравено "старо", но реализацията е на база нови технологии.

П.С Ако прочетете инфото на посочения линк, ще забележите интересния факт, че протокол 3270 се използува и до днес....

Редактирано Януари 5, 2011 от Б.Богданов