Een interdisciplinair team van wetenschappers en ingenieurs van The MITER Corporation en Harvard University heeft belangrijke stappen gezet in de richting van ultrakleine elektronische computersystemen die verder gaan dan het naderende einde van de wet van Moore, waarin staat dat de apparaatdichtheid en de algehele verwerkingskracht voor computers elke twee tot drie jaar zullen verdubbelen. In een krant die deze week in de Proceedings van de National Academy of Sciences , het team beschrijft hoe ze hebben ontworpen en geassembleerd, van onder naar boven, een functionerend, ultrakleine besturingscomputer die het dichtste nano-elektronische systeem is dat ooit is gebouwd.

De ultrakleine, ultra-low-power besturingsprocessor - een nano-elektronische eindige-toestandsmachine of "nanoFSM" genoemd - is kleiner dan een menselijke zenuwcel. Het is samengesteld uit honderden nanodraadtransistoren, die elk een schakelaar zijn die ongeveer tienduizend keer dunner is dan een mensenhaar. De nanodraadtransistors gebruiken heel weinig stroom omdat ze "niet-vluchtig" zijn. Dat is, de schakelaars onthouden of ze aan of uit staan, zelfs als er geen stroom aan hen wordt geleverd.

In de nanoFSM, deze nanoschakelaars zijn geassembleerd en georganiseerd in circuits op verschillende 'tegels'. Samen, de tegels leiden kleine elektronische signalen rond de computer, waardoor het berekeningen kan uitvoeren en signalen kan verwerken die kunnen worden gebruikt om kleine systemen te besturen, zoals minuscule medische therapeutische apparaten, andere kleine sensoren en actuatoren, of zelfs robots ter grootte van een insect.

In 2011, het MITRE-Harvard-team demonstreerde zo'n kleine tegel die in staat was om eenvoudige logische bewerkingen uit te voeren. In hun recente samenwerking hebben ze verschillende tegels op één chip gecombineerd om een ​​uniek complex te produceren, programmeerbare nanocomputer.

"Het was een uitdaging om een ​​systeemarchitectuur en nanocircuitontwerpen te ontwikkelen die de besturingsfuncties die we wilden in zo'n heel klein systeem zouden verpakken, " volgens Shamik Das, hoofdarchitect van de nanocomputer, die tevens hoofdingenieur en groepsleider is van MITRE's Nanosystems Group. "Toen we die ontwerpen hadden, Hoewel, onze Harvard-medewerkers hebben briljant werk geleverd door te innoveren om ze te kunnen realiseren."

De constructie van deze nanocomputer werd mogelijk gemaakt door aanzienlijke vooruitgang in processen die met uiterste precisie dichte arrays van de vele vereiste nanodevices samenstellen. Deze vooruitgang maakte het ook mogelijk om meerdere kopieën van de nanoFSM te maken, met een baanbrekende aanpak waarbij Voor de eerste keer, complexe nanosystemen kunnen economisch van onderaf worden geassembleerd in nauwe overeenstemming met een reeds bestaand ontwerp. Tot nu, dit kan worden gedaan met behulp van de dure, top-down lithografische productiemethoden, maar niet met bottom-up montage.

Om deze reden, de nanoFSM en de manier waarop het is gemaakt, vertegenwoordigen een stap in de richting van het uitbreiden van de zeer economisch belangrijke trend van vijf decennia in miniaturisatie volgens de wet van Moore, die de elektronica-industrie heeft aangedreven. Vanwege beperkingen op de conventionele lithografische fabricagemethoden en op conventionele transistors, veel experts uit de industrie hebben gesuggereerd dat de trend van Moore's Law binnenkort tot een einde kan komen. Sommigen beweren dat dit binnen vijf jaar kan gebeuren en negatieve economische gevolgen kan hebben, tenzij er innovaties zijn in zowel apparaat- als fabricagetechnologieën, zoals die aangetoond door de nanoFSM.

James Ellenbogen, hoofdwetenschapper voor nanotechnologie bij MITER en een expert in de ontwikkeling van computers geïntegreerd op nanometerschaal, zei, "De nanoFSM en de nieuwe methoden die zijn uitgevonden om het te bouwen, zijn niet het hele antwoord voor de industrie. Ik geloof dat ze belangrijke stappen voorwaarts bevatten op twee van de belangrijkste gebieden waarop de elektronica-industrie zich heeft gericht om de wet van Moore uit te breiden."

Naast Das en Ellenbogen, het ontwikkelingsteam bij MITRE omvatte James Klemic, de directeur van het nanotechnologielaboratorium van het bedrijf. De onderzoekers van MITRE - een pionier op het gebied van nanotechnologie sinds 1992 - werkten samen met een team van drie personen op Harvard, onder leiding van Charles Lieber, een wereldleider op het gebied van nanotechnologie.