Группа ученых, в которую входили Ральф Меркл (Ralph Merkle) и Роберт Фреитас (Robert Freitas), продемонстрировала, что при помощи нескольких базовых мироэлектромеханических компонентов может быть создана полноценная тьюринговая вычислительная система. Используя 2-микронную MEMS-технологию, эти исследователи создали полный микроэлектромеханический аналог 4-битного процессора Intel 4004, который появился на свет в 1971 году и стал первым микропроцессором, доступным на коммерческом рынке.
Основным микроэлектромеханическим компонентом системы стал логический элемент 2И-НЕ, вся остальная логика процессора, включая регистры, триггеры, память и т.п., была построена на основе этого базового компонента. Структура созданного MEMS-процессора более проста, что другие попытки реализаций механических тьюринговых вычислительных систем. Но ни в одном из компонентов нет никаких трущихся частей, это обуславливает малое количество энергии, требующейся для работы устройства, и его достаточно высокое быстродействие.
Как уже упоминалось выше, для создания MEMS-процессора была использована технология Multi-User MEMS Processes (MUMPs), которая обеспечивает производство отдельных элементов с минимальным размером в 2 микрона. Для создания комплементарной пары транзисторов требуется площадь 640 на 1017 микронов, а на кремниевой подложке, площадью 2.8 квадратных сантиметра, можно разместить 2200 транзисторов, что эквивалентно количеству транзисторов в микропроцессоре Intel 4004.
Потенциал существующих MEMS-технологий огромен, кроме того, что в ближайшем будущем размеры элементов микроэлектромеханических устройств могут быть уменьшены, за счет чего будет увеличено их быстродействие и экономичность. Уже сейчас на базе существующих микроэлектромеханических компонентов можно создавать логические элементы AND, NAND, NOR, NOT, OR, XNOR и XOR, что, в свою очередь, позволит создавать очень сложные вычислительные узлы и устройства.
Микроэлектромеханические компьютеры, подобные описываемому здесь процессору, имеет потенциал для обеспечения производительности в 1 триллион гигафлопс на ватт. Это в 100 миллиардов раз эффективней самых «зеленых» из существующих суперкомпьютеров, которые обеспечивают производительность порядка 18 гигафлопс на ватт.
Прочитав все описанное выше, можно задаться вопросом, зачем нужна разработка таких экзотических вычислительных систем, если традиционные кремниевые системы и так неплохо справляются с возлагаемыми на них задачами? Однако, множество исследовательских групп занимаются сейчас разработками альтернативных вычислительных технологий, в том числе механических, биологических, биохимических и т.п. Ведь такие технологии в некоторых случаях имеют целый ряд преимуществ перед кремниевой электроникой. Механические системы, к примеру, могут работать при более низких и более высоких температурах, на них не оказывает пагубное влияние радиационное излучение, что делает их идеальными кандидатами на использование в космосе и в других областях с экстремальными условиями эксплуатации.
Источник:
