Computers used to be as big as a room.
But now they fit in your pocket,
on your wrist
and can even be implanted inside of your body.
How cool is that?
And this has been enabled by the miniaturization of transistors,
which are the tiny switches in the circuits
at the heart of our computers.
And it's been achieved through decades of development
and breakthroughs in science and engineering
and of billions of dollars of investment.
But it's given us vast amounts of computing,
huge amounts of memory
and the digital revolution that we all experience and enjoy today.
But the bad news is,
we're about to hit a digital roadblock,
as the rate of miniaturization of transistors is slowing down.
And this is happening at exactly the same time
as our innovation in software is continuing relentlessly
with artificial intelligence and big data.
And our devices regularly perform facial recognition or augment our reality
or even drive cars down our treacherous, chaotic roads.
It's amazing.
But if we don't keep up with the appetite of our software,
we could reach a point in the development of our technology
where the things that we could do with software could, in fact, be limited
by our hardware.
We've all experienced the frustration of an old smartphone or tablet
grinding slowly to a halt over time
under the ever-increasing weight of software updates and new features.
And it worked just fine when we bought it not so long ago.
But the hungry software engineers have eaten up all the hardware capacity
over time.
The semiconductor industry is very well aware of this
and is working on all sorts of creative solutions,
such as going beyond transistors to quantum computing
or even working with transistors in alternative architectures
such as neural networks
to make more robust and efficient circuits.
But these approaches will take quite some time,
and we're really looking for a much more immediate solution to this problem.
The reason why the rate of miniaturization of transistors is slowing down
is due to the ever-increasing complexity of the manufacturing process.
The transistor used to be a big, bulky device,
until the invent of the integrated circuit
based on pure crystalline silicon wafers.
And after 50 years of continuous development,
we can now achieve transistor features dimensions
down to 10 nanometers.
You can fit more than a billion transistors
in a single square millimeter of silicon.
And to put this into perspective:
a human hair is 100 microns across.
A red blood cell, which is essentially invisible,
is eight microns across,
and you can place 12 across the width of a human hair.
But a transistor, in comparison, is much smaller,
at a tiny fraction of a micron across.
You could place more than 260 transistors
across a single red blood cell
or more than 3,000 across the width of a human hair.
It really is incredible nanotechnology in your pocket right now.
And besides the obvious benefit
of being able to place more, smaller transistors on a chip,
smaller transistors are faster switches,
and smaller transistors are also more efficient switches.
So this combination has given us
lower cost, higher performance and higher efficiency electronics
that we all enjoy today.
To manufacture these integrated circuits,
the transistors are built up layer by layer,
on a pure crystalline silicon wafer.
And in an oversimplified sense,
every tiny feature of the circuit is projected
onto the surface of the silicon wafer
and recorded in a light-sensitive material
and then etched through the light-sensitive material
to leave the pattern in the underlying layers.
And this process has been dramatically improved over the years
to give the electronics performance we have today.
But as the transistor features get smaller and smaller,
we're really approaching the physical limitations
of this manufacturing technique.
The latest systems for doing this patterning
have become so complex
that they reportedly cost more than 100 million dollars each.
And semiconductor factories contain dozens of these machines.
So people are seriously questioning: Is this approach long-term viable?
But we believe we can do this chip manufacturing
in a totally different and much more cost-effective way
using molecular engineering and mimicking nature
down at the nanoscale dimensions of our transistors.
As I said, the conventional manufacturing takes every tiny feature of the circuit
and projects it onto the silicon.
But if you look at the structure of an integrated circuit,
the transistor arrays,
many of the features are repeated millions of times.
It's a highly periodic structure.
So we want to take advantage of this periodicity
in our alternative manufacturing technique.
We want to use self-assembling materials
to naturally form the periodic structures
that we need for our transistors.
We do this with the materials,
then the materials do the hard work of the fine patterning,
rather than pushing the projection technology to its limits and beyond.
Self-assembly is seen in nature in many different places,
from lipid membranes to cell structures,
so we do know it can be a robust solution.
If it's good enough for nature, it should be good enough for us.
So we want to take this naturally occurring, robust self-assembly
and use it for the manufacturing of our semiconductor technology.
One type of self-assemble material --
it's called a block co-polymer --
consists of two polymer chains just a few tens of nanometers in length.
But these chains hate each other.
They repel each other,
very much like oil and water or my teenage son and daughter.
(Laughter)
But we cruelly bond them together,
creating an inbuilt frustration in the system,
as they try to separate from each other.
And in the bulk material, there are billions of these,
and the similar components try to stick together,
and the opposing components try to separate from each other
at the same time.
And this has a built-in frustration, a tension in the system.
So it moves around, it squirms until a shape is formed.
And the natural self-assembled shape that is formed is nanoscale,
it's regular, it's periodic, and it's long range,
which is exactly what we need for our transistor arrays.
So we can use molecular engineering
to design different shapes of different sizes
and of different periodicities.
So for example, if we take a symmetrical molecule,
where the two polymer chains are similar length,
the natural self-assembled structure that is formed
is a long, meandering line,
very much like a fingerprint.
And the width of the fingerprint lines
and the distance between them
is determined by the lengths of our polymer chains
but also the level of built-in frustration in the system.
And we can even create more elaborate structures
if we use unsymmetrical molecules,
where one polymer chain is significantly shorter than the other.
And the self-assembled structure that forms in this case
is with the shorter chains forming a tight ball in the middle,
and it's surrounded by the longer, opposing polymer chains,
forming a natural cylinder.
And the size of this cylinder
and the distance between the cylinders, the periodicity,
is again determined by how long we make the polymer chains
and the level of built-in frustration.
So in other words, we're using molecular engineering
to self-assemble nanoscale structures
that can be lines or cylinders the size and periodicity of our design.
We're using chemistry, chemical engineering,
to manufacture the nanoscale features that we need for our transistors.
But the ability to self-assemble these structures
only takes us half of the way,
because we still need to position these structures
where we want the transistors in the integrated circuit.
But we can do this relatively easily
using wide guide structures that pin down the self-assembled structures,
anchoring them in place
and forcing the rest of the self-assembled structures
to lie parallel,
aligned with our guide structure.
For example, if we want to make a fine, 40-nanometer line,
which is very difficult to manufacture with conventional projection technology,
we can manufacture a 120-nanometer guide structure
with normal projection technology,
and this structure will align three of the 40-nanometer lines in between.
So the materials are doing the most difficult fine patterning.
And we call this whole approach "directed self-assembly."
The challenge with directed self-assembly
is that the whole system needs to align almost perfectly,
because any tiny defect in the structure could cause a transistor failure.
And because there are billions of transistors in our circuit,
we need an almost molecularly perfect system.
But we're going to extraordinary measures
to achieve this,
from the cleanliness of our chemistry
to the careful processing of these materials
in the semiconductor factory
to remove even the smallest nanoscopic defects.
So directed self-assembly is an exciting new disruptive technology,
but it is still in the development stage.
But we're growing in confidence that we could, in fact, introduce it
to the semiconductor industry
as a revolutionary new manufacturing process
in just the next few years.
And if we can do this, if we're successful,
we'll be able to continue
with the cost-effective miniaturization of transistors,
continue with the spectacular expansion of computing
and the digital revolution.
And what's more, this could even be the dawn of a new era
of molecular manufacturing.
How cool is that?
Thank you.
(Applause)
اعتدت أجهزة الكمبيوتر أن تكون كبيرة بحجم الغرفة
لكنه الآن في جيبك،
على معصمك،
ويمكن حتى زرعها داخل جسمك.
كم ذلك رائع!
قد تم تمكين هذا عن طريق تصغير الترانزستورات
وهي مفاتيح صغيرة في الدارات
في قلب أجهزة الكمبيوتر لدينا.
وقد تحقق ذلك، من خلال عقود من التنمية
وتقدمات مفاجئة، في العلوم والهندسة
ومليارات الدولارات من الاستثمار.
لكنه أعطانا كميات هائلة من الحوسبة،
كميات هائلة من الذاكرة
والثورة الرقمية التي نختبرها ونستمتع بها اليوم.
ولكن الخبر السيء،
نحن على وشك الوصول إلى حاجز طرق رقمي،
باعتبار ان معدل تصغير الترانزستورات يتباطئ.
وهذا ما يحدث بالضبط، في نفس الوقت
الذي يكون فيه إبداعنا في البرمجيات يستمر بلا هوادة
مع الذكاء الاصطناعي والبيانات الضخمة.
وأجهزتنا تعمل بانتظام على التعرف على الوجه أو تعزيز واقعنا
أو حتى قيادة السيارات في طريقنا الفوضوي الغادر.
إنه مذهل.
لكن إذا لم نستمر مع شهية برنامجنا،
ربما سنصل إلى نقطة في تطوير التكنولوجيا لدينا
حيث أن الأشياء التي يمكننا القيام بها في البرمجيات يمكن أن تكون محدودة!
من قِبل جهازنا الصلب.
لقد عانينا جميعًا من الإحباط من هاتف ذكي قديم أو جهاز لوحي قديم
يكدح ببطئ مع مرور الزمن، إلى أن يتوقف عن العمل،
بسبب الوزن المتزايد باستمرار من تحديثات البرامج والميزات الجديدة.
وقد عملت على ما يرام، فقط عندما اشتريناها منذ وقت ليس ببعيد.
لكن، مهندسي البرمجيات الجياع قد أكلوا كامل قدرات الجهاز
مع مرور الزمن.
صناعة أشباه الموصلات، تدرك هذا جيداً،
وتعمل على كل أنواع الحلول الإبداعية،
مثل الذهاب إلى أبعد من الترانزستورات إلى الحوسبة الكمومية.
أو حتى العمل مع الترانزستورات في البنى البديلة
مثل الشبكات العصبية
لصناعة دارات اكثر قوة و فعالية.
لكن هذه المقاربات سوف تستغرق بعض الوقت،
ونحن نبحث حقاً عن أكثر من ذلك بكثير لحل فوري لهذه المشكلة.
السبب في أن معدل التصغير من الترانزستورات يتباطئ
بسبب التعقيد المتزايد في عملية التصنيع.
الترانزستور كان جهاز ضخم كبير،
حتى اختراع الدائرة المتكاملة
على أساس رقائق السيليكون النقية البلورية.
وبعد 50 سنة من التطوير المستمر،
يمكننا الآن تحقيق ترانزستور بأبعاد
تصل الى 10 نانومتر.
يمكنك احتواء أكثر من مليار من الترانزستورات
في ملليمتر مربع واحد من السيليكون.
ولوضع هذا في منظور:
ثخن شعرة الإنسان 100 ميكرون.
خلية دم حمراء، وهي غير مرئية في الأساس،
هو ثمانية ميكرون،
ويمكنك وضع 12 عبر عرض شعر الانسان.
لكن الترانزستور، في المقارنة، أصغر بكثير،
في جزء صغير جدا من الميكرون.
يمكنك أن تضع أكثر من 260 من الترانزستورات
عبر خلية دم حمراء واحدة
أو أكثر من 3000 عبر عرض شعر الانسان.
انها حقا تكنولوجيا نانو لا تصدق! وهي في جيبك الآن.
وبالاضافة الى الفائدة الواضحة
في القدرة على وضع المزيد من الترانزستورات الأصغر على رقاقة.
الترانزستورات الأصغر هي مفاتيح أسرع،
و الترانزستورات الأصغر هي أيضاً مفاتيح أكثر كفاءة.
لذلك أعطانا هذا الجمع
الإلكترونيات ذات تكلفة أقل، أداء أعلى و كفاءة أعلى
التي نستمتع بها جميعنا اليوم.
لتصنيع هذه الدوائر المتكاملة،
تم بناء الترانزستورات طبقة تلو طبقة
على رقاقة السيليكون النقية البلورية.
وبمعنى أبسط،
كل ميزة صغيرة من الدارة تم اسقاطها
على سطح رقاقة السيليكون
وسجلت في مادة حساسة للضوء
ومن ثم حفر خلال المواد الحساسة للضوء
لترك النمط في الطبقات السفلية.
و هذه العملية تتحسن بشكل كبير على مرّ السنين
لإعطاء اداء الالكترونيات التي نملكها اليوم.
ولكن مع تصاغر الترانزستورات،
نحن نقترب حقا من القيود المادية
لتقنية التصنيع هذه.
أحدث الأنظمة للقيام بهذا التنميط
أصبحت معقدة للغاية
يقال أن تكلفتها أكثر من 100 مليون دولار لكل منها.
ومصانع أشباه الموصلات تحتوي على العشرات من هذه الآلات.
لذلك الناس يسألون بجدية: هل هذا النهج طويل الأجل؟
لكننا نعتقد أنه يمكننا القيام بتصنيع هذه الرقاقات
بطريقة مختلفة تماماً وأكثر فعالية بالكلفة
باستخدام الهندسة الجزيئية، وتقليد الطبيعة
نزولا الى أبعاد النانو من الترانزستورات لدينا.
كما قلت، التصنيع التقليدي يأخذ كل ميزة صغيرة من الدائرة
و يسقطها على السيليكون.
ولكن إذا نظرت إلى هيكل الدائرة متكاملة،
مصفوفات الترانزستور،
يتم تكرار العديد من الميزات ملايين المرات.
انها بنية دورية للغاية.
لذلك نحن نريد الاستفادة من هذا التكرار الدوري
في تقنيتنا البديلة في التصنيع.
نريد استخدام مواد التجميع الذاتي
لتشكيل الهياكل الدورية بشكل طبيعي
التي نحتاجها للترانزستورات لدينا.
نحن نفعل هذا مع المواد،
ثم المواد تفعل العمل الشاق من الزخرفة الجميلة،
بدلاً من الدخول في إسقاط التكنولوجيا إلى حدودها و تجاوزها.
ينظر إلى التجميع الذاتي في الطبيعة في العديد من الأماكن المختلفة،
من الأغشية الدهنية إلى هياكل الخلية،
لذلك نحن نعرف أنه يمكن أن يكون حلا قويا.
إذا كانت جيدة بما فيه الكفاية للطبيعة، يجب أن تكون جيدة بما فيه الكفاية لنا
لذلك نحن نريد أن نأخذ هذا الحدوث الطبيعي التجميع الذاتي المتين
واستخدامها لتصنيع تكنولوجيا أشباه الموصلات.
نوع واحد من مواد التجميع الذاتي،،
يطلق عليه كتلة البوليمر المشتركة،
يتكون من سلسلتين بوليمر فقط و طوله بضع عشرات من النانومتر.
لكن هذه السلاسل تكره بعضها البعض.
إنهم يصدون بعضهم البعض،
يشبه إلى حد كبير النفط والماء أو ابني وابنتي المراهقين.
(ضحك)
لكننا نربطهم بقسوة معاً،
يشكل في ثناياه عوامل الإحباط في النظام،
كما يحاولون الانفصال عن بعضهم البعض.
وفي المواد السائبة، هناك مليارات من هؤلاء،
والمكونات المماثلة حاولت أن تلتصق ببعضها البعض،
والمكونات المعارضة تحاول الانفصال عن بعضها البعض
في نفس الوقت.
وهذا له إحباط داخلي، توتر في النظام.
لذلك يتحرك، يضغط حتى يتم تشكيل الشكل.
والشكل الطبيعي الذاتي التجميع التي يتم تشكيلها هو مقياس النانو،
انها منتظمة، انها دورية، وهي بعيدة المدى،
وهو بالضبط ما نحتاجه لصفائف الترانزستور لدينا.
لذلك يمكننا استخدام الهندسة الجزيئية
لتصميم الأشكال المختلفة من مختلف الأحجام
ودورات مختلفة.
لذلك على سبيل المثال، إذا أخذنا جزيء متماثل
حيث سلاسل البوليمر اثنتين متشابهة الطول ،
البنية الطبيعية المجمعة ذاتيا التي يتم تشكيلها
هي خط طويل متعرج،
يشبه إلى حد كبير البصمة.
وعرض خطوط بصمات الأصابع
والمسافة بينهما
يتحدد بالأطوال من سلاسل البوليمر لدينا
ولكن أيضا بمستوى الإحباط المبني داخليا في النظام.
ويمكننا حتى إنشاء هياكل أكثر تفصيلاً
إذا استخدمنا جزيئات غير متكافئة،
حيث سلسلة البوليمر واحدة هي أقصر بكثير من الآخرى.
والهيكل الذاتي التجميع المشكل في هذه الحالة
هو مع سلاسل أقصر تُشكل كرة ضيقة في الوسط ،
وتحيط به سلاسل البوليمر أطول و معارضة له،
تشكيل اسطوانة طبيعية.
وحجم هذه الاسطوانة
والمسافة بين الاسطوانات، الدورية،
يتم تحديده مرة أخرى من قبل متى نصنع سلاسل البوليمر
ومستوى الإحباط المدمج.
وبعبارة أخرى، نحن نستخدم الهندسة الجزيئية
للهياكل المجمعة ذاتيا على مستوى النانو
التي يمكن أن تكون خطوط أو اسطوانات بحجم ودورية تصميمنا.
نحن نستخدم الكيمياء، هندسة كيميائية،
لتصنيع ميزات النانو التي نحتاجها للترانزستورات لدينا.
لكن القدرة لتجميع هذه الهياكل ذاتيا
يأخذنا فقط نصف الطريق،
لأننا لا نزال بحاجة لوضع هذه الهياكل
حيث نريد الترانزستورات في الدائرة المتكاملة.
لكن يمكننا القيام بذلك بسهولة نسبية
باستخدام هياكل دليل واسعة التي تعلق عليها الهياكل المجمعة ذاتياً،
بحيث يثبتهم في مكان
وإجبار بقية الهياكل المجمعة ذاتياً
أن تتوضع بالتوازي،
تتماشى مع دليل هيكلنا.
مثلاً، إذا كنا نريد أن نصنع خط 40 نانومتر دقيق،
وهو صعب جدا للتصنيع مع تقنية الإسقاط التقليدية،
يمكننا صنع دليل هيكل 120 نانومتر
مع تقنية الإسقاط العادية،
وهذا الهيكل سوف يوضع ثلاثة من خطوط 40 نانومتر بينهما.
لذلك المواد تفعل الزخرفة الدقيقة الأكثر صعوبة.
ونحن نسمي هذا النهج كله "التجميع الذاتي الموجه."
التحدي مع التجميع الذاتي الموجه
هو أن النظام بأكمله يحتاج إلى للمحاذاة تقريباً بشكل تام،
لأن أي عيب صغير في الهيكل يمكن أن يسبب فشل الترانزستور.
ولأن هناك مليارات من الترانزستورات في دائرتنا،
نحتاج تقريباً نظام مثالي جزيئي.
لكننا نذهب إلى تدابير استثنائية
لتحقيق هذا،
من نظافة الكيمياء لدينا
لتجهيز دقيق لهذه المواد
في مصنع أشباه الموصلات
لإزالة حتى أصغر العيوب النانوية.
لذلك التجميع الذاتي الموجه هي تقنية مبتكرة جديدة مثيرة ،
لكنها لا تزال في مرحلة التطوير.
لكننا ننمو في الثقة يمكننا، في الواقع، تقديمه
لصناعة أشباه الموصلات
كعملية تصنيع جديدة ثورية
في السنوات القليلة المقبلة فقط.
وإذا استطعنا القيام بذلك، إذا نجحنا،
سنكون قادرين على المتابعة
مع تصغير فعال من حيث الكلفة للترانزستورات
تواصل مع توسع مذهل في الحوسبة
والثورة الرقمية.
وما هو أكثر من ذلك، هذا يمكن حتى يكون فجر عهد جديد
التصنيع الجزيئي.
كم هذا رائع!
شكرا لكم
(تصفيق)
Las computadoras solían ser tan grandes como una habitación.
Pero ahora caben en tu bolsillo,
en tu muñeca
e incluso puede ser implantadas dentro de tu cuerpo.
Es genial.
Y esto ha sido posible por la miniaturización de los transistores,
que son los diminutos interruptores en los circuitos
en el corazón de nuestras computadoras.
Y se ha logrado a través de décadas de desarrollo
y avances en ciencia e ingeniería
y de miles de millones de dólares de inversión.
Pero nos ha dado grandes cantidades de computación,
enormes cantidades de memoria
y la revolución digital que todos experimentamos y disfrutamos hoy.
Pero la mala noticia es
que estamos a punto de llegar a un bloqueo digital, a medida que
la velocidad de miniaturización de los transistores se está desacelerando.
Y esto está sucediendo exactamente al mismo tiempo.
que nuestra innovación en software continúa sin tregua
con inteligencia artificial y macrodatos.
Nuestros dispositivos hacen reconocimiento facial o aumentan nuestra realidad.
o incluso conducen autos por nuestras traicioneras carreteras caóticas.
Es asombroso.
Pero si seguimos con el apetito por nuestro software,
podríamos llegar a un punto en el desarrollo de nuestra tecnología,
en que las cosas que podríamos hacer con el software podrían, de hecho,
verse limitadas por nuestro hardware.
Todos hemos experimentado la frustración de un viejo teléfono o tableta
que trabaja lentamente hasta detenerse con el tiempo bajo el peso
cada vez mayor de las actualizaciones de software y las nuevas características.
Y funcionaban bien cuando los compramos no hace mucho tiempo.
Pero los hambrientos ingenieros de software
se han comido toda la capacidad del hardware a través del tiempo.
La industria de los semiconductores es muy consciente de esto.
y está trabajando en todo tipo de soluciones creativas,
como ir más allá de los transistores a la computación cuántica
o incluso trabajar con transistores en arquitecturas alternativas.
tales como redes neuronales
para hacer circuitos más robustos y eficientes.
Pero estos enfoques tomarán bastante tiempo,
y realmente estamos buscando una solución mucho más inmediata a este problema.
La razón por la que la velocidad de miniaturización de transistores se está
desacelerando se debe a la complejidad cada vez mayor del proceso de fabricación.
El transistor solía ser un dispositivo grande y voluminoso,
hasta la invención del circuito integrado
basado en obleas de silicio cristalino puro.
Y después de 50 años de continuo desarrollo,
ahora podemos lograr dimensiones de características de transistores
de hasta 10 nanómetros.
Pueden caber más de mil millones de transistores.
en un solo milímetro cuadrado de silicio.
Para poner esto en perspectiva,
un cabello humano tiene 100 micras de ancho.
Un glóbulo rojo, que es esencialmente invisible,
tiene 8 micras de ancho,
y se pueden poner 12 a lo ancho de un cabello humano.
Pero un transistor, en comparación, es mucho más pequeño,
una pequeña fracción de una micra de ancho.
Se podrían poner más de 260 transistores
a través de un solo glóbulo rojo
o más de 3000 a lo ancho de un cabello humano.
Realmente es increíble la nanotecnología en tu bolsillo ahora mismo.
Y además del beneficio obvio
de poder poner más, transistores más pequeños en un chip,
los transistores más pequeños son interruptores más rápidos,
Y los transistores más pequeños también son interruptores más eficientes.
Así que esta combinación nos ha dado
un menor costo, un mayor rendimiento y una mayor eficiencia electrónica
de las que que todos disfrutamos hoy.
Para fabricar estos circuitos integrados,
los transistores se construyen capa por capa,
sobre una oblea de silicio cristalino puro.
En un sentido simplificado,
se proyecta cada pequeña característica del circuito
en la superficie de la oblea de silicio
y se graba en un material sensible a la luz
y luego grabado a través del material sensible a la luz
se deja el patrón en las capas subyacentes.
Este proceso ha sido mejorado dramáticamente con los años.
para dar el rendimiento de la electrónica que tenemos hoy.
Pero a medida el transistor se hace cada vez más pequeño,
estamos realmente acercándonos a las limitaciones físicas.
de esta técnica de fabricación.
Los últimos sistemas para hacer este patrón.
se han vuelto tan complejos
que, según informes, cuestan más de USD 100 millones cada uno.
Y las fábricas de semiconductores tienen docenas de estas máquinas.
La gente está cuestionando seriamente: ¿es este enfoque viable a largo plazo?
Pero creemos que podemos hacer este chip de fabricación.
de una forma totalmente diferente y mucho más rentable
usando ingeniería molecular e imitando la naturaleza
abajo en las dimensiones a nanoescala de nuestros transistores.
Como dije, la fabricación usual toma cada característica pequeña del circuito
y la proyecta sobre el silicio.
Pero si nos fijamos en la estructura de un circuito integrado,
el conjunto de transistores,
muchas de las características se repiten millones de veces.
Es una estructura altamente periódica.
Por eso queremos aprovechar esta periodicidad
en nuestra técnica de fabricación alternativa.
Queremos utilizar materiales de autoensamblaje
para formar naturalmente las estructuras periódicas
que necesitamos para nuestros transistores.
Hacemos esto con los materiales,
entonces los materiales hacen el trabajo duro del patrón fino,
en lugar de llevar la tecnología de proyección a sus límites y más allá.
El autoensamblaje se ve en la naturaleza en muchos lugares diferentes,
de las membranas lipídicas a las estructuras celulares.
así que sabemos que puede ser una solución robusta.
Si es lo suficientemente bueno para la naturaleza, debería serlo para nosotros.
Queremos aprovechar este autoensamblaje robusto que se da naturalmente
y usarlo para la fabricación de nuestra tecnología de semiconductores.
Un tipo de material de autoensamblaje
--se llama un copolímero de bloque--
consiste en 2 cadenas de polímero de solo pocas decenas de nanómetros de longitud.
Pero estas cadenas se odian.
Se repelen entre sí,
tanto como el aceite y el agua o mi hijo adolescente y mi hija.
(Risas)
Pero los unimos cruelmente,
creando una frustración incorporada en el sistema,
ya que tratan de separarse unos de otros.
Y en el material a granel, hay miles de millones de estos,
y los componentes similares tratan de permanecer juntos,
y los componentes opuestos tratan de separarse unos de otros
al mismo tiempo.
Esto tiene una frustración incorporada, una tensión en el sistema.
Así que se mueve, se retuerce hasta que se crea una forma.
Y la forma natural autoensamblada que se forma es a nanoescala,
regular, periódica y de largo alcance,
que es exactamente lo que necesitamos para nuestros conjuntos de transistores.
Así que podemos usar la ingeniería molecular
para diseñar diferentes formas de diferentes tamaños.
y de diferentes periodicidades.
Así, por ejemplo, si tomamos una molécula simétrica,
donde las dos cadenas de polímero sean de longitud similar,
la estructura natural autoensamblada que se forma
es una línea larga y serpenteante,
muy parecida a una huella digital.
Y el ancho de las líneas de huellas dactilares
y la distancia entre ellas
está determinada por las longitudes de nuestras cadenas de polímero,
pero también por el nivel de frustración incorporado en el sistema.
Y hasta podemos crear estructuras más elaboradas
si usamos moléculas asimétricas,
en las que una cadena de polímero es significativamente más corta que la otra.
Y la estructura autoensamblada que se forma en este caso
es con las cadenas más cortas formando una bola apretada en el medio,
rodeado por las cadenas de polímeros más largas y opuestas,
formando un cilindro natural.
El tamaño de este cilindro
y la distancia entre los cilindros, la periodicidad,
se determina de nuevo por cuánto tiempo hacemos las cadenas de polímero.
y el nivel de frustración incorporado.
Así que en otras palabras, estamos usando ingeniería molecular
para autoensamblar estructuras a nanoescala
que pueden ser líneas o cilindros del tamaño y periodicidad de nuestro diseño.
Estamos usando química, ingeniería química, para fabricar
las características a nanoescala que necesitamos para nuestros transistores.
Pero la capacidad de autoensamblar estas estructuras
solo nos lleva a la mitad del camino.
Porque todavía necesitamos posicionar estas estructuras
donde queremos los transistores en el circuito integrado.
Pero podemos hacerlo con relativa facilidad
utilizando estructuras de guía anchas que sujetan las estructuras autoensambladas,
anclando en su lugar
y obligando al resto de las estructuras autoensambladas.
a estar en paralelo,
alineadas con nuestra estructura de guía.
Por ejemplo, si queremos hacer una línea fina de 40 nanómetros,
que es muy difícil de fabricar con tecnología de proyección convencional,
podemos fabricar una estructura de guía de 120 nanómetros.
con tecnología de proyección normal,
y esta estructura alineará tres de las líneas de 40 nanómetros en medio.
Así que los materiales están haciendo el patrón fino más difícil.
Y a todo este enfoque lo llamamos "autoensamblaje dirigido".
El reto con autoensamblaje dirigido.
es que todo el sistema necesita alinearse casi perfectamente, porque cualquier
pequeño defecto en la estructura podría causar una falla del transistor.
Y como hay miles de millones de transistores en nuestro circuito,
necesitamos un sistema casi molecularmente perfecto.
Pero vamos a medidas extraordinarias.
para lograr esto,
de la limpieza de nuestra química
al cuidadoso procesamiento de estos materiales
en la fábrica de semiconductores
para eliminar incluso los defectos nanoscópicos más pequeños.
El autoensamblaje dirigido es una nueva tecnología disruptiva emocionante,
pero todavía está en la etapa de desarrollo.
Pero estamos creciendo en confianza de que podríamos, de hecho, introducirlo
a la industria de semiconductores
como un nuevo proceso de fabricación revolucionario
en los próximos años.
Y si podemos hacer esto, si tenemos éxito,
podremos continuar
con la miniaturización rentable de transistores,
continuar con la espectacular expansión de la informática
y la revolución digital.
Y lo que es más, esto podría ser incluso el comienzo de una nueva era
de fabricación molecular.
Es genial.
Gracias.
(Aplausos)
رایانهها قبلاً به بزرگی یک اتاق بودند.
اما حالا در جیبتان جا میشوند،
روی مچ دستتان
و حتی داخل بدنتان پیوند زده میشوند.
این چقدر خوب است؟
و دلیل آن کوچک سازی ترانزیستورها بوده،
که کلیدهای کوچک در مدارهایی
در قلب رایانه هستند.
و این بدلیل دهها سال توسعه
و پیشرفت در علم و مهندسی
و میلیاردها دلار سرمایه گذاری حاصل شده است.
که برای ما مقدار گستردهای از توان پردازش
حجم زیادی از فضای حافظه
و انقلابی دیجیتال آورده که همه ما امروزه استفاده میکنیم و لذت میبریم.
اما خبر بد این که،
نزدیک است تا به مانعی دیجیتال در این راه برسیم،
چون میزان کوچک سازی ترانزیستورها کندتر میشود.
و این اتفاق دقیقا وقتی میافتد
که نوآوریهای ما در نرمافزار
با هوش مصنوعی و دادههای کلان بیوقفه ادامه دارند.
و ابزارهای ما به شکلی معمول تشخیص چهره یا واقعیت افزوده انجام میدهند
و یا حتی خودروهای ما را در جادههای نامطمئن و شلوغ میرانند.
شگفتآور است.
اما اگر ما به سلیقهمان در نرمافزار ادامه ندهیم،
به نقطهای در توسعه فناوری خواهیم رسید
که کارهایی که با نرمافزارمان میتوانیم انجام دهیم
به خاطر سختافزار محدود میشود.
همه ما تجربههای ناامید کننده تلفنهای هوشمند یا تبلتهای قدیمی را بیاد داریم
که به زحمت و به تدریج
زیر فشار بروزرسانیهای نرمافزاری و ویژگیهای جدید از کار میافتادند.
در حالیکه وقتی میخریدیمشان همین چند وقت پیش بخوبی کار میکردند.
اما مهندسان نرمافزار پراشتها تمامی ظرفیت سختافزار را خوردند
به تدریج.
صنعت نیمههادی بخوبی از این موضوع آگاه است
و روی راهحلهای خلاقانه زیادی کار میکند،
مثلا عبور از ترانزیستورها به سمت پردازش کوانتومی
یا حتی کار با ترازیستورهایی با معماری متفاوت
مثل شبکههای عصبی
تا مدارهایی مقاومتر و کاراتر داشته باشیم.
اما این راهکارها وقت زیادی لازم دارند،
و ما واقعا به دنبال راهکاری سریعتر برای این مشکل هستیم.
دلیل اینکه چرا نرخ کوچک سازی ترانزیستورها کند شده است
پیچیده شدن هرچه بیشتر فرآیند تولید است.
قبلا ترانزیستور یک قطعه بزرگ و پر حجم بود،
تا زمانی که مدار مجتمع اختراع شد
بر پایه ویفرهایی از کریستال خالص سیلیکون.
و بعد از ۵۰ سال توسعه مداوم،
حالا میتوانیم ترانزیستورهایی در ابعاد
تا ۱۰ نانومتر داشته باشیم.
که میتوانید یک میلیارد از آنها را
در هر میلیمتر مربع سیلیکون قرار دهید.
برای نشان دادن این موضوع:
سطح مقطع موی انسان ۱۰۰ میکرون است.
یک گلبول قرمز خون، که اصلا قابل دیدن نیست،
هشت میکرون عرض دارد،
که میتوانید ۱۲ عدد از آنها را در مقطع موی انسان قرار دهید.
اما در مقایسه ترانزیستور خیلی کوچکتر است،
با عرضی کمتر از یک میکرون.
میتوانید ۲۶۰ ترانزیستور را
در امتداد یک گلبول خون قرار دهید
یا بیش از ۳٫۰۰۰ عدد در عرض تار موی انسان.
واقعا فناوری نانوی فوقالعادهای در جیب شما قرار دارد.
و در کنار این مزیت مشخص
که بتوانیم ترانزیستورهای بیشتری روی یک تراشه قرار دهیم،
ترانزیستورهای کوچکتر کلیدهای سریعتری هم هستند،
و کلیدهای سریعتر بازدهی بیشتری هم دارند.
پس این ترکیب برای ما
هزینه کمتر، کارایی بالاتر و الکترونیک با بازدهی بالاتری را فراهم کرده
که امروزه از آن استفاده میکنیم.
برای تولید این مدارات مجتمع،
ترانزیستورها لایه به لایه ساخته میشوند،
روی یک ویفر از کریستال خالص سیلیکون.
و با یک نگاه خیلی ساده شده،
تمامی مشخصات یک مدار
روی سطح ویفر سیلیکونی تابیده میشود
که توسط یک ماده حساس به نور ثبت میشود
و بعد توسط مواد حساس به نور
الگوهای لازم را روی سطوح پایینی حک میکند.
و این شیوه در طول سالها به شکل چشمگیری بهبود یافته
تا کارایی موجود در الکترونیک امروزی را ایجاد کند.
اما همینطور که ویژگیهای ترانزیستورها کوچک و کوچکتر میشوند،
ما دیگر به محدودیتهای فیزیکی
در تولید این محصولات نزدیکتر میشویم.
آخرین سیستمهای تولید این محصولات
چنان پیچیده شدهاند
که گزارش رسیده که هرکدام بیش از ۱۰۰ میلیون دلار قیمت دارند.
و کارخانههای نیمههادی دهها عدد از اینها را در خود دارند.
حالا خیلیها به طور جدی سوال میکنند: آیا این روش در دراز مدت ممکن است؟
ما معتقدیم که این روش تولید تراشه را میشود
به شیوهای کاملا متفاوت و بسیار اقتصادی
با استفاده از مهندسی مولکولی و تقلید از طبیعت
و تا ابعاد در حد نانوی ترانزیستورهایمان انجام داد.
همانطور که گفتم، در شیوههای معمول تولید تمامی مشخصات مدار
روی سطح سیلیکون تابانده میشود.
اما اگر به مشخصات مدار مجتمع نگاه کنید،
به آرایههای ترانزیستوری،
خیلی از ویژگیها میلیونها بار تکرار شدهاند.
ساختاری بسیار تکراری است.
ما میخواهیم از این تکراری بودن
در شیوه تولیدی جایگزینمان استفاده کنیم.
میخواهیم از مواد خود نصب استفاده کنیم
تا به شکلی طبیعی ساختارهای تکرار شدنی را
که برای ایجاد ترانزیستورها نیاز داریم بسازیم.
ما این کار را با مواد انجام میدهیم،
پس این مواد هستند که کار سخت الگوسازی ظریف را انجام میدهند،
بجای آنکه بخواهیم شیوه چاپ را تا محدودههای آن و فراتر ادامه دهیم.
خود نصبی در خیلی از نقاط متفاوت طبیعت دیده میشود،
از غشای لیپید تا ساختارهای سلولی،
پس میدانیم که میتواند راهکاری مطمئن باشد.
اگر برای طبیعت مناسب است، باید برای ما هم خوب باشد.
پس ما میخواهیم این چیزی که طبیعی اتفاق میافتد، خود نصبی مطمئن را
در تولید فناوری نیمههادی خودمان استفاده کنیم.
یک نوع از مواد خود نصب --
که کوپلیمر نام دارند --
از دو زنجیره پلیمری تشکیل شده است که تنها چند ده نانومتر طول دارد.
اما این دو زنجیره از هم متنفرند.
همدیگر را دفع میکنند،
خیلی شبیه به روغن و آب یا دختر و پسر نوجوان من.
(خنده حضار)
اما ما آنها را با بیرحمی به هم متصل میکنیم،
و یک خستگی ذاتی در ساختار قرار میدهیم،
چون میخواهند از هم جدا شوند.
و در تودهای از این ماده، میلیاردها از اینها وجود دارد،
اجزاء مشابه سعی میکنند تا به هم بچسبند،
و اجزاء متضاد سعی میکنند از هم دور شوند
همزمان.
این یک خستگی درونی در سیستم است، یک تنش در سیستم.
پس در اطرافش حرکت میکند، اینقدر پیچ و تاب میخورد تا شکل بگیرد.
و شکل طبیعی خود نصبی که در ابعاد نانو ایجاد میشود،
منظم، تکراری، و در طول زیاد است،
و این دقیقا همان چیزی است که برای آرایههای ترانزیستوریمان نیاز داریم.
پس میتوانیم از مهندسی مولکولی
برای طراحی شکلهایی در اندازههای مختلف
و تکرار شوندگیهای متفاوت استفاده کنیم.
برای مثال، اگر یک مولکول متقارن را در نظر بگیریم،
که دو زنجیره مولکولی طولی یکسان دارند،
ساختار خود نصب طبیعی که شکل میگیرد
خطوطی پرپیچ و خم و طولانی است،
خیلی شبیه به اثر انگشت.
و عرض خطوط اثر انگشت
و فاصله بینشان
بر مبنای طول زنجیرههای پلیمر ما تعیین میشود
و همینطور میزان خستگی در سیستم.
ما حتی میتوانیم ساختارهایی پیچیدهتر ایجاد کنیم
اگر از مولکولهای نامتقارن استفاده کنیم،
اگر یکی از زنجیرههای پلیمری از دیگری خیلی کوچکتر باشد.
و ساختار خود نصبی که در این حالت ایجاد میشود
با زنجیرههای کوچکتر که گلولههای محکمی را در وسط ایجاد میکنند،
که با زنجیرههای پلیمری بلندتر در مقابل احاطه شده،
و یک استوانه طبیعی میسازند.
و اندازه این استوانه
و فاصله میان استوانهها، تکرار شوندگی،
مجددا توسط طول این زنجیرهها
و میزان خستگی درونی تعیین میشود.
پس به عبارت دیگر، ما از مهندسی مولکولی
برای ایجاد نانو ساختارهای خود نصبی استفاده میکنیم
که میتوانند خط یا استوانه به اندازه تکرار شوندگی که ما طراحی میکنیم باشند.
ما از شیمی، مهندسی شیمی، استفاده میکنیم
تا ویژگیهای نانویی تولید کنیم که برای ترانزیستورهایمان میخواهیم.
اما توانایی خود نصبی این ساختارها
تنها ما را تا نیمه راه میبرد،
چون هنوز باید این ساختارها را
در جایی که میخواهیم ترانزیستورها را در مدار مجتمع قرار دهیم بگذاریم.
به نسبت این کار را میشود بسادگی انجام داد
به کمک ساختارهای هادی که ساختارهای خود نصب را در جای خود قرار میدهند،
و در محل محکمشان میکنند
و مابقی ساختارهای خود نصب را وادار میکنند
تا به شکل موازی قرار گیرند،
مطابق با ساختار هادی ما.
برای مثال، اگر بخواهیم یک خط ۴۰ نانومتری ظریف بسازیم،
که تولیدش توسط روشهای معمول چاپ خیلی دشوار است،
میتوانیم یک ساختار هادی ۱۲۰ نانومتری را
با روشهای چاپ معمولی بسازیم،
و این ساختار سه خط ۴۰ نانومتری را در میانش همراستا میکند.
پس مواد سختترین الگوسازی را خودشان انجام میدهند.
و ما این راهکار کامل را «خود نصبی مستقیم» نامیدهایم.
چالش خود نصبی مستقیم
این است که تمام ساختار باید تقریبا بدون اشکال همراستا شود،
چون هر خطای کوچکی در ساختار میتواند باعث ایراد در یک ترانزیستور شود.
و چون میلیاردها ترانزیستور در مدار ما هستند،
به یک ساختار مولکولی بیعیب نیازمند هستیم.
و به سمت معیارهایی غیر عادی
برای دستیابی به این خواهیم رفت،
از میزان تمیزی در شیمی
تا پردازش دقیق این مواد
در کارخانه نیمههادی
تا حذف حتی کوچکترین ایراد در اندازههای نانو.
پس خود نصبی مستقیم یک فناوری متحول کننده جدید و هیجان انگیز است،
که هنوز در مرحله توسعه قرار دارد.
اما به تدریج مطمئن میشویم که میتوانیم، در واقع، عرضهاش کنیم
به صنعت نیمههادی
به عنوان یک فرایند تولیدی انقلابی جدید
تنها ظرف چند سال آینده.
و اگر بتوانیم این کار را انجام دهیم، اگر موفق شویم،
خواهیم توانست
کوچکتر کردن ترانزیستورها را به شکلی اقتصادی ادامه دهیم،
توسعه جذاب رایانهها
و انقلاب دیجیتال را ادامه دهیم.
و حتی بیشتر از آن، این میتواند ما را به دوران جدیدی
از تولیدات مولکولی وارد کند.
چقدر جالب میتواند باشد؟
متشکرم.
(تشویق حضار)
Avant, les ordinateurs prenaient la taille d'une pièce entière.
À présent, ils rentrent dans votre poche
ou sur votre poignet.
Ils peuvent même être implantés à l'intérieur de votre corps.
Ce n'est pas génial ?
Et c'est possible grâce à la miniaturisation des transistors,
c'est-à-dire les petits interrupteurs
dans les circuits au cœur de nos ordinateurs.
On y est arrivé grâce à des décennies de développement,
de découvertes scientifiques et d'ingénierie,
et aussi grâce à des milliards de dollars d'investissement.
Cela nous a donné une vaste quantité d'informatisation,
beaucoup de mémoire,
et la révolution numérique que nous vivons et apprécions actuellement.
Mais la mauvaise nouvelle est
qu'on arrive dans une impasse numérique
car la vitesse de miniaturisation des transistors ralentit.
Et ça se produit précisément au moment où
nos innovations en matière de logiciels sont en croissance constante
avec notamment l'intelligence artificielle et le big data
et où nos appareils savent faire une identification faciale,
augmentent notre réalité
ou conduisent même des voitures sur des routes dangereuses et chaotiques.
C'est incroyable.
Mais, si on ne suit pas le rythme de progression de nos logiciels,
on pourrait arriver à un point dans notre développement technologique
où les choses qu'on pourrait faire avec les logiciels seraient limitées
par le matériel.
Nous avons tous vécu la frustration d'un vieux smartphone ou une tablette
qui s’épuise lentement jusqu’à s'arrêter de fonctionner
sous le poids toujours croissant des mises à jour et nouvelles fonctionnalités.
Malgré ça, il marchait bien quand vous l'avez acheté, il n'y pas si longtemps.
Mais les développeurs avides ont consommé toutes les capacités matérielles
au fil du temps.
L'industrie des semi-conducteurs en est parfaitement consciente
et travaille sur toutes les solutions possibles,
comme passer des transistors à l'informatique quantique,
ou même utiliser des transistors avec des architectures différentes
comme les réseaux neuronaux
afin de créer des circuits plus robustes et plus efficaces.
Toutefois, ces approches vont prendre du temps,
et nous cherchons une solution bien plus rapide à ce problème.
La raison pour laquelle la miniaturisation des transistors ralentit
est la complexité toujours croissante du processus de fabrication.
Autrefois, le transistor était un appareil gros et volumineux,
jusqu'à l'invention du circuit intégré,
qui repose sur l'utilisation de tranches de silicium cristallin pur.
Et après 50 ans de développement constant,
on peut enfin fabriquer des transistors dont les dimensions
sont réduites à 10 nanomètres.
On peut mettre plus d'un milliard de transistors
dans un seul millimètre carré de silicium.
À titre de comparaison :
un cheveu humain a une largeur de 100 microns.
Un globule rouge, qui est pratiquement invisible,
fait 8 microns de largeur,
et on peut en placer 12 sur la largeur d'un cheveu humain.
Mais, en comparaison, un transistor est beaucoup plus petit,
sa taille est une minuscule fraction de la largeur d'un micron.
On pourrait mettre plus de 260 transistors
sur un seul globule rouge
ou plus de 3 000 sur la largeur d'un cheveu humain.
Actuellement, il y a une nanotechnologie incroyable dans votre poche.
Et en plus de l'avantage évident
de pouvoir placer un nombre énorme de transistors plus petits sur une puce,
ces petits transistors sont des interrupteurs plus rapides
et ils sont aussi plus performants.
Ainsi cette combinaison nous a donné
des prix réduits, de meilleures performances
et une efficacité électronique plus grande
dont nous bénéficions tous aujourd'hui.
Pour fabriquer ces circuits intégrés,
les transistors sont construits couche après couche,
sur une tranche de silicium monocristallin pur.
Et, pour le dire simplement,
chaque petite caractéristique du circuit est implantée
sur la surface de la tranche de silicium
et est enregistrée sur une couche de produit photosensible
et sera ensuite gravée grâce à ce même produit
afin de laisser une trace sur la couche sous-jacente.
Ce processus a été radicalement amélioré au cours de ces dernières années,
pour apporter à l'électronique le rendement qu'on a aujourd'hui.
Mais au fur et à mesure que les composants du transistor diminuent,
on s'approche vraiment des limites physiques
de cette technique de fabrication.
Récemment, les appareils employés pour ce processus de fabrication
sont devenus tellement complexes qu'ils coûtent
plus de 100 millions de dollars chacun.
Et les usines de semi-conducteurs possèdent des dizaines de ces appareils.
La question qui se pose est :
cette approche est-elle soutenable à long terme ?
On pense pouvoir fabriquer des puces
d'une façon complètement différente et plus rentable
en utilisant l'ingénierie moléculaire et en imitant la nature
à l'échelle nanométrique de nos transistors.
Comme je l'ai dit, lors de la fabrication typique,
chaque petite caractéristique du circuit est projetée sur le silicium.
Mais si on regarde la structure d'un circuit intégré,
la matrice du transistor,
beaucoup de ces caractéristiques se répètent des millions de fois.
C'est une structure essentiellement périodique.
Donc nous voulons exploiter cette périodicité
pour notre technique alternative de production.
On veut utiliser des matériaux qui s'auto-assemblent
pour construire de façon naturelle les structures périodiques
nécessaires à nos transistors.
On fait ça avec les matériaux,
puis ils créent eux-mêmes les schémas précis
au lieu de pousser la technologie de projection au-delà de ses limites.
L'auto-assemblage se retrouve dans la nature, en différents endroits,
dans les membranes lipidiques ou la structure cellulaire,
donc on sait qu'il s'agit d'une solution viable.
Si c'est assez bien pour la nature, ça devrait aussi l'être pour nous.
Donc nous voulons utiliser cet auto-assemblage robuste et naturel
et nous en servir pour la fabrication de notre technologie de semi-conducteurs.
Un de ces matériaux auto-assemblant,
le copolymère à blocs, se compose de deux chaînes polymères
de quelques dizaines de nanomètres de longueur.
Mais ces chaînes se détestent.
Elles se repoussent,
comme l'eau et l'huile ou mon fils adolescent et sa sœur.
(Rires)
Mais, d'une façon cruelle, on les relie entre elles,
créant ainsi une frustration intrinsèque au système,
alors qu'elles cherchent à se séparer.
Dans cette matière première, il y a des milliards de ces chaînes
et les chaînes similaires essaient de rester ensemble.
Par contre, celles qui s'opposent cherchent à se séparer
et ce en même temps.
Cela provoque une frustration interne, une tension dans le système.
Et donc elles se déplacent et se tortillent jusqu'à qu'une forme se crée.
La forme naturelle auto-assemblée qui se constitue est à l'échelle nanométrique
régulière, périodique et à long terme,
et c'est précisément ce dont on a besoin pour nos matrices de transistors.
Ainsi on peut utiliser l'ingénierie moléculaire
pour élaborer des formes diverses de tailles différentes
et de périodicités différentes.
Ainsi, par exemple, si on prend une molécule symétrique
où les deux chaînes de polymères ont la même longueur,
la structure auto-assemblée qui se constitue naturellement
sera une longue ligne sinueuse,
semblable à une empreinte digitale.
La largeur des lignes de cette empreinte digitale
et la distance entre ces lignes
sont déterminées par la longueur des chaînes de polymères
mais aussi par le niveau de frustration interne du système.
On peut même créer des structures plus élaborées,
si on emploie des molécules asymétriques,
où une chaîne de polymères est bien plus courte que l'autre.
La structure auto-assemblée qui se forme dans ce cas
constitue une boule resserrée, avec les petites chaînes au milieu,
entourée par les chaînes de polymères opposées, plus longues,
constituant ainsi un cylindre naturel.
Et la taille du cylindre,
et la distance entre les cylindres, la périodicité,
sont à nouveau déterminées par la longueur des chaînes
et par le niveau de frustration interne.
Autrement dit, on utilise l'ingénierie moléculaire
pour auto-assembler des structures nanométriques
en forme de lignes ou de cylindres selon la taille et périodicité de notre design.
On utilise la chimie, l'ingénierie chimique,
pour fabriquer les nano-éléments nécessaires pour nos transistors.
Cependant, la capacité d'auto-assemblage de ces structures
ne règle qu'à moitié le problème
parce qu'on a encore besoin de positionner ces structures
là où on veut les transistors dans le circuit intégré.
Mais cela peut se faire assez facilement
à l'aide de larges structures guides qui fixent les structures auto-assemblées,
les maintiennent en place,
et forcent le reste des structures auto-assemblées
à se placer parallèlement
et à s'aligner sur notre structure guide.
Par exemple, si on veut former une fine ligne de 40 nanomètres,
si difficile à faire avec les technologies de projection traditionnelles,
on peut fabriquer une structure guide de 120 nanomètres
avec la technologie de projection classique,
et cette structure alignera trois lignes de 40 nanomètres dans l'intervalle.
Donc, ce sont les matériaux qui font le travail le plus difficile.
On peut appeler cette approche « auto-assemblage dirigé ».
Le défi de l'auto-assemblage dirigé
est que tout le système doit s'aligner presque parfaitement
car un seul petit défaut dans la structure pourrait faire échouer le transistor.
Et comme il y a des milliards de transistors dans notre circuit,
on a besoin d'un système aussi parfait qu'un système moléculaire.
Mais nous faisons des efforts incroyables
pour y parvenir,
que ce soit la propreté de notre chimie
ou le traitement minutieux de ces matériaux
dans les usines de semi-conducteurs
afin d'éliminer le moindre défaut nanoscopique.
Donc l'auto-assemblage dirigé est une rupture technologique prometteuse
mais encore en développement.
Toutefois on est de plus en plus convaincu qu'on pourrait en fait l'introduire
dans les usines de semi-conducteurs
comme un procédé de fabrication neuf et révolutionnaire
dans les prochaines années.
Si on arrive à faire ça, si on réussit,
on pourra continuer
avec une miniaturisation rentable des transistors,
avec l'incroyable développement informatique
et avec la révolution digitale.
En outre, cela pourrait représenter l'aube d'une nouvelle ère
en termes de fabrication moléculaire.
Ce n'est pas génial ?
Merci.
(Applaudissements)
કમ્પ્યુટર ઓરડા જેટલા મોટા વપરાતા હતા.
પરંતુ હવે તેઓ તમારા ખિસ્સામાં
જાય છે,તમારા કાંડા પર
અને શરીરની અંદર પણ કાર્યરત રોપી શકો છો.
તે કેટલું સરસ કહેવાય ? અને
આ ટ્રાન્ઝિસ્ટરના લઘુકરણ દ્વારા સક્ષમ કરવા
માંઆવ્યું છે,જેઓ સર્કિટ્સમાં નાના સ્વિચ છે
આપણા કમ્પ્યુટર્સના હૃદયમાં. અને
તે વિકાસના દાયકાઓ દ્વારા પ્રાપ્ત થયું છે
અને વિજ્ઞાન અને ઈજનેરીમાં પ્રગતિઓ
અને અબજો ડોલરનું રોકાણ. પરંતુ
અમને સંખ્યાબંધ ગણતરીમાં આપવામાં આવ્યું છે,
વિશાળ પ્રમાણમાં મેમરી (સ્મૃતિ) અને
ડિજિટલ ક્રાંતિ કે જે આપણે બધા અનુભવીએ છીએ
અને આજે માણીએ છીએ. પરંતુ ખરાબ સમાચાર એ છે,
અમે ડિજિટલ માર્ગ અવરોધિત કરીશું,
લઘુચિત્રકરણ દર તરીકે ટ્રાન્ઝિસ્ટરનું કામ ધીમું થઈ રહ્યું છે.
અને આ બરાબર તે જ સમયે થઈ રહ્યું છે
સોફ્ટવેર તરીકે અમારી નવીનતા સતત અવિરતપણે ચાલુ છે
કૃત્રિમ બુદ્ધિ અને મોટા ડેટા સાથે. અને
અમારા ઉપકરણો ચહેરાની માન્યતા અને આપણી
વાસ્તવિકતા નિયમિતપણે
અથવા તો કાર નીચે ચલાવો અમારા વિશ્વાસઘાત, અસ્તવ્યસ્ત રસ્તાઓ.
આ અદભૂત છે.પરંતુ જો અમે
અમારા સો્ટવેરની ભૂખ સાથે ચાલુ રાખીએનહીં,
અમે એક બિંદુ સુધી પહોંચી શકે છે અમારી તકનીકીના વિકાસમાં
જ્યાં અમે કરી શકીએ તે વસ્તુઓ સોફ્ટવેર સાથે, હકીકતમાં, મર્યાદિત હોઈ શકે
અમારા હાર્ડવેર દ્વારા.
આપણે બધાએ હતાશાનો અનુભવ કર્યો છે જૂના સ્માર્ટફોન અથવા ટેબ્લેટનું
સમય જતાં ધીમે ધીમે પીસવું
સતત વધતા વજન હેઠળ સો્ટવેર અપડેટ્સ અને નવી સુવિધાઓ. અને તે
માત્ર દંડ કામ કર્યું જ્યારે આપણે
તેને ખૂબ લાંબા સમય
પહેલા ખરીધું ન હતું,પરંતુ સમય જતાં ભૂખ્યા
ભૂખ્યા સોફ્ટવેર એન્જિ
નિયરોએ બધી હાર્ડવેર ક્ષમતા
ઉઠાવી લીધી છે
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ આ ખૂબ જ સારી રીતે જાગૃત છે
અને કાર્યરત છે તમામ પ્રકારના સર્જનાત્મક ઉકેલો,
જેમ કે ટ્રાંઝિસ્ટરથી આગળ વધવું ક્વોન્ટમ કમ્પ્યુટિંગ માટે
અથવા ટ્રાંઝિસ્ટર સાથે પણ કામ કરી રહ્યા છે વૈકલ્પિક સ્થાપત્યમાં
જેમ કે ન્યુરલ નેટવર્ક
વધુ મજબૂત બનાવવા માટે અને કાર્યક્ષમ સર્કિટ્સ.
પરંતુ આ અભિગમો થોડો સમય લેશે,
અને આપણે ખરેખર ઘણું બધુ શોધી રહ્યા છીએ આ સમસ્યાનું તાત્કાલિક નિરાકરણ.
લઘુચિત્રકરણનો દર શા માટે છે ટ્રાંઝિસ્ટરનું કામ ધીમું થઈ રહ્યું છે
સતત વધતી જટિલતાને કારણે છે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા. એક મોટું,
ભારે ઉપકરણ ટ્રાંઝિસ્ટર તરીકે થતો હતો
એકીકૃત સર્કિટની શોધ સુધી કે જે
શુદ્ધ સ્ફટિકીય સિલિકોન વેફર પર આધારિત છે.
અને ૫૦ વર્ષ પછી સતત વિકાસ,અમે હવે
ટ્રાન્ઝિસ્ટર વિશેષતાઓ પ્રાપ્ત કરી દર્શાવી
શકીએ છીએ, નીચે ૧૦ નેનોમીટર.
તમે એક કરતાં વધુ અબજ ટ્રાન્ઝિસ્ટર ફિટ કરી શકો છો
સિલિકોનના એક ચોરસ મિલીમીટરમાં.
અને આને પરિપ્રેક્ષ્યમાં મૂકવા માટે:
માનવ વાળ ૧૦૦ માઇક્રોન છે.
લાલ રક્તકણો, જે આવશ્યકરૂપે અદ્રશ્ય છે,
આઠ માઇક્રોન છે,
અને તમે આજુ બાજુ ૧૨ મૂકી શકો છો માનવ વાળ પહોળાઈ.
પરંતુ એક ટ્રાન્ઝિસ્ટર, તેની તુલનામાં, ખૂબ નાનું છે,
સમગ્ર માઇક્રોનના નાના અપૂર્ણાંક પર.
તમે ૨૬૦ થી વધુ ટ્રાંઝિસ્ટર મૂકી શકો છો
એક જ લાલ રક્તકણોની પાર
અથવા આજુબાજુ ૩,૦૦૦ થી વધુ માનવ વાળ પહોળાઈ.
તે ખરેખર અતુલ્ય નેનો ટેકનોલોજી છે હમણાં તમારા ખિસ્સા માં.
અને સ્પષ્ટ લાભ ઉપરાંત
વધુ મૂકવા માટે સક્ષમ હોવાના, ચિપ પર નાના ટ્રાન્ઝિસ્ટર,
નાના ટ્રાન્ઝિસ્ટર ઝડપી સ્વીચો છે,
અને નાના ટ્રાન્ઝિસ્ટર પણ છે વધુ કાર્યક્ષમ સ્વીચો.
તેથી આ સંયોજન અમને આપવામાં આવ્યું છે
ઓછી કિંમત, ઉચ્ચ પ્રભાવ અને ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ઇલેક્ટ્રોનિક્સ
કે જે આપણે બધા આજે માણીએ છીએ.
આ સંકલિત સર્કિટ્સ બનાવવા માટે,
ટ્રાન્ઝિસ્ટર સ્તર દ્વારા સ્તર બંધાય છે,
શુદ્ધ સ્ફટિકીય સિલિકોન વેફર પર.
અને સ્પષ્ટ અર્થમાં,
દરેક નાના લક્ષણ સર્કિટનો અંદાજ છે
સિલિકોન વેફરની સપાટી પર અને પ્રકાશ
-સંવેદનશીલ સામગ્રીમાં નોંધાયેલ છે
અને પછી દ્વારા બંધાયેલ પ્રકાશ સંવેદનશીલ સામગ્રી
પેટર્ન છોડી અંતર્ગત સ્તરોમાં.
અને આ પ્રક્રિયા રહી છે વર્ષોથી નાટકીય રીતે સુધારો થયો
ઇલેક્ટ્રોનિક્સ આપવા માટે આજે આપણી પાસે કામગીરી છે.
પરંતુ ટ્રાંઝિસ્ટર સુવિધાઓ તરીકે નાના-નાના થાવ,
અમે ખરેખર નજીક આવી રહ્યા છીએ શારીરિક મર્યાદાઓ
આ ઉત્પાદન તકનીકની.
નવીનતમ સિસ્ટમો આ પેટર્નિંગ કરવા માટે
તેથી જટિલ બની ગયા છે
કે તેઓ અહેવાલ ખર્ચ દરેક કરતાં વધુ ૧૦૦ મિલિયન ડોલર.
અને સેમિકન્ડક્ટર ફેક્ટરીઓ આ મશીનો ડઝનેક સમાવે છે.
તેથી લોકો ગંભીરતાથી પ્રશ્ન કરી રહ્યા છે: શું આ અભિગમ લાંબા ગાળાના સધ્ધર છે?
પરંતુ અમે માનીએ છીએ કે આપણે કરી શકીએ આ ચિપ ઉત્પાદન
એકદમ અલગ છે અને ઘણી વધુ અસરકારક રીત
મોલેક્યુલર એન્જિનિયરિંગનો ઉપયોગ કરીને અને નમ્ર પ્રકૃતિ
નેનોસ્કેલ પરિમાણો પર નીચે અમારા ટ્રાંઝિસ્ટર.
મેં કહ્યું તેમ, પરંપરાગત ઉત્પાદન સર્કિટની દરેક નાની સુવિધા લે છે
અને સિલિકોન પર પ્રોજેક્ટ કરે છે. પરંતુ
જો તમે સ્ટ્રક્ચર જુઓએકીકૃત સર્કિટનો,
ટ્રાંઝિસ્ટર એરે,
ઘણી સુવિધાઓ લાખો વખત પુનરાવર્તિત થાય છે.
તે ખૂબ સામયિક રચના છે.
તેથી અમે લાભ લેવા માંગીએ છીએ આ સમયગાળાની
અમારા ઉત્પાદન તકનીક વૈકલ્પિક છે. અમે સ્વ-
એસેમ્બલિંગ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવા માંગીએ છીએ
કુદરતી રીતે સમયાંતરે રચનાઓ રચવા માટે
કે અમને આપણા ટ્રાંઝિસ્ટરની જરૂર છે.
અમે આ સામગ્રી સાથે કરીએ છીએ,
પછી સામગ્રી સખત મહેનત કરે છે સરસ પેટર્નિંગની,
પ્રક્ષેપણ દબાણ કરતાં તેની મર્યાદા અને આગળ ટેકનોલોજી.
સ્વ-વિધાનસભા પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે ઘણી જુદી જુદી જગ્યાએ,
લિપિડ મેમ્બ્રેનથી સેલ સ્ટ્રક્ચર્સ સુધી,
તેથી આપણે જાણીએ છીએ કે તે એક મજબૂત ઉપાય હોઈ શકે છે.
જો તે પ્રકૃતિ માટે પૂરતું સારું છે, તે આપણા માટે પૂરતું સારું હોવું જોઈએ.
તેથી આપણે આ કુદરતી રીતે લેવા માંગીએ છીએ બનતું, મજબૂત સ્વ-વિધાનસભા
અને ઉત્પાદન માટે તેનો ઉપયોગ કરો અમારી સેમિકન્ડક્ટર ટેકનોલોજી.
એક પ્રકારની સ્વ-એસેમ્બલ સામગ્રી -
તેને એક બ્લોક સહ-પોલિમર કહેવામાં આવે છે -
લંબાઈમાં નેનોમીટરના થોડાક દશક.
પરંતુ આ સાંકળો એક બીજાને નફરત કરે છે.
તેઓ એકબીજાને ભગાડે છે,
તેલ અને પાણી જેવા ખૂબ અથવા મારો કિશોરવયનો પુત્ર અને પુત્રી.
(હાસ્ય)
પરંતુ અમે ક્રૂરતાથી તેમને એક સાથે બંધાવીએ છીએ,
ઇનબિલ્ટ બનાવવું સિસ્ટમમાં હતાશા,
તેઓ એકબીજાથી અલગ થવાનો પ્રયાસ કરે છે.
અને જથ્થાબંધ સામગ્રીમાં, આમાંથી અબજો છે,
અને સમાન ઘટકો સાથે રહેવાનો પ્રયત્ન કરો,
અને વિરોધી ઘટકો એકબીજાથી અલગ થવાનો પ્રયત્ન કરો
તે જ સમયે.
અને આમાં આંતરિક, સિસ્ટમમાં તણાવ નિરાશા છે,
તેથી તે આસપાસ ફરે છે, તે ખિસકોલી છે આકાર રચાય ત્યાં સુધી.
અને કુદરતી સ્વ-એસેમ્બલ આકાર તે રચાયેલ છે નેનોસ્કેલ,
તે નિયમિત છે, તે સમયાંતરે છે, અને તે લાંબા અંતરની છે,
જે આપણને જોઈએ તે બરાબર છે અમારા ટ્રાંઝિસ્ટર એરે માટે. તેથી
આપણે મોલેક્યુલર ઇજનેરીનો ઉપયોગ કરી શકીએ
છીએ. વિવિધ-વિવિધ કદનાઆકારો ડિઝાઇન કરવા માટે
અને વિવિધ સામયિકતા.
તેથી ઉદાહરણ તરીકે, જો આપણે લઈએ સપ્રમાણ પરમાણુ,
જ્યાં બે પોલિમર સાંકળો સમાન લંબાઈ છે,
કુદરતી સ્વ એસેમ્બલ રચના છે કે રચાય છે
એક લાંબી, સંભાળી લીટી છે,
ખૂબ હાથછાપ(ફિંગરપ્રીન્ટ) જેવું.
અને ફિંગરપ્રિન્ટ રેખાઓની પહોળાઈ
અને તેમની વચ્ચેનું અંતર
લંબાઈ દ્વારા નક્કી થાય છે અમારી પોલિમર સાંકળો
પણ બિલ્ટ-ઇનનું સ્તર સિસ્ટમમાં હતાશા.
અને આપણે પણ બનાવી શકીએ છીએ વધુ વિસ્તૃત માળખાં
જો આપણે અસમપ્રમાણતાવાળા પરમાણુઓનો ઉપયોગ કરીએ,
જ્યાં એક પોલિમર ચેઇન અન્ય કરતા નોંધપાત્ર રીતે ટૂંકા હોય છે.
અને સ્વ-એસેમ્બલ માળખું કે આ કિસ્સામાં રચાય છે
ટૂંકી સાંકળો સાથે છે મધ્યમાં એક ચુસ્ત બોલ રચે છે,
અને તે લાંબા સમયથી ઘેરાયેલું છે, પોલિમર સાંકળોનો વિરોધ કરવો,
કુદરતી સિલિન્ડર રચે છે.
અને આ સિલિન્ડરનું કદ
અને વચ્ચેનું અંતર સિલિન્ડરો, સમયાંતરે,
ફરી કેટલા સમયથી નક્કી થાય છે અમે પોલિમર સાંકળો બનાવીએ છીએ
અને આંતરિક નિરાશાનું સ્તર.
તો બીજા શબ્દોમાં, આપણે વાપરી રહ્યા છીએ મોલેક્યુલર એન્જિનિયરિંગ
નેનોસ્કેલ સ્ટ્રક્ચર્સને સ્વ-એસેમ્બલ કરવા
તે લીટીઓ અથવા સિલિન્ડર હોઈ શકે છે અમારી ડિઝાઇનનું કદ અને સમયાંતરે.
અમે રસાયણશાસ્ત્ર વાપરી રહ્યા છીએ, રાસાયણિક ઇજનેરી,
નેનોસ્કેલ સુવિધાઓ બનાવવા માટે કે અમને આપણા ટ્રાંઝિસ્ટરની જરૂર છે.
પરંતુ ક્ષમતા આ રચનાઓ સ્વ-એસેમ્બલ કરવા માટે
ફક્ત આપણને અડધો રસ્તો લઈ જાય છે,
કારણ કે આપણને હજી જરૂર છે આ સ્ટ્રક્ચર્સને સ્થિત કરવા
જ્યાં આપણને ટ્રાંઝિસ્ટર જોઈએ છે ઇન્ટિગ્રેટેડ સર્કિટમાં.
પરંતુ આપણે આ પ્રમાણમાં સરળતાથી કરી શકીએ છીએ
વિશાળ માર્ગદર્શિકા સ્ટ્રક્ચર્સનો ઉપયોગ કરીને જે નીચે પિન કરે છે
સ્વ-એસેમ્બલ માળખાં, તેમને જગ્યાએ લંગર
અને બાકીના દબાણ સ્વ-એસેમ્બલ માળખાં
સમાંતર બોલવું,
અમારી માર્ગદર્શિકા રચના સાથે ગોઠવાયેલ છે.
ઉદાહરણ તરીકે, જો આપણે બનાવવું હોય તો દંડ, 40-નેનોમીટર લાઇન,
જેનું નિર્માણ કરવું ખૂબ મુશ્કેલ છે પરંપરાગત પ્રક્ષેપણ તકનીક સાથે,
અમે ઉત્પાદન કરી શકો છો એક ૧૨૦-નેનોમીટર માર્ગદર્શિકા માળખું
સામાન્ય પ્રક્ષેપણ તકનીક સાથે,
અને આ રચના ત્રણ ગોઠવશે વચ્ચે 40-નેનોમીટર લીટીઓ.
તેથી સામગ્રી કરી રહ્યા છે સૌથી મુશ્કેલ ફાઇન પેટર્નિંગ.
અને અમે આ સમગ્ર અભિગમને કહીએ છીએ "નિર્દેશિત સ્વ-વિધાનસભા."
નિર્દેશિત સ્વ-વિધાનસભા સાથેનો પડકાર
તે આખી સિસ્ટમ છે લગભગ સંપૂર્ણ રીતે ગોઠવવાની જરૂર છે,
કારણ કે સ્ટ્રક્ચરમાં કોઈપણ નાના ખામી ટ્રાંઝિસ્ટર નિષ્ફળતાનું કારણ બની શકે છે.
અને કારણ કે ત્યાં અબજો છે આપણા સર્કિટમાં ટ્રાંઝિસ્ટરની,
આપણને લગભગ જરૂર છે પરમાણુ સંપૂર્ણ સિસ્ટમ.
પરંતુ અમે અસાધારણ પગલાઓ પર જઈએ છીએ
આ હાંસલ કરવા માટે,
અમારી રસાયણશાસ્ત્રની સ્વચ્છતામાંથી
આ સામગ્રી સાવચેત પ્રક્રિયા કરવા માટે
સેમિકન્ડક્ટર ફેક્ટરીમાં
સૌથી નાની નેનોસ્કોપિક ખામી દૂર કરવા માટે.
તેથી નિર્દેશિત સ્વ-વિધાનસભા એક નવી ઉત્તેજક તકનીક છે,
પરંતુ તે હજી વિકાસના તબક્કે છે. આપણે આત્મવિશ્વાસમાં
વૃદ્ધિ કરી રહ્યા છીએ કે આપણે, હકીકતમાં, તેનો પરિચય કરી શકીએ
સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગ માટે
એક ક્રાંતિકારી નવા તરીકે ઉત્પાદનની પ્રક્રિયા
માત્ર પછીના કેટલાક વર્ષોમાં.
અને જો આપણે આ કરી શકીએ, જો આપણે સફળ છીએ,
અમે ચાલુ રાખવા માટે સમર્થ હશો
અસરકારક સાથે ટ્રાંઝિસ્ટરનું લઘુચિત્રકરણ,
જોવાલાયક સાથે ચાલુ રાખો કમ્પ્યુટિંગ વિસ્તરણ
અને ડિજિટલ ક્રાંતિ.
અને વધુ શું છે, આ પણ કરી શકે છે નવા યુગનો પ્રારંભ થયો
પરમાણુ ઉત્પાદન.
તે કેટલું સરસ કહેવાય?
આભાર તમારો.
(તાળીઓ)
A számítógépek hajdanán szobanagyságúak voltak.
Most ott lehetnek a zsebünkben,
a csuklónkon,
még a testünkbe is beültethetők.
Ugye milyen remek?
Ez a tranzisztorok miniatürizálása révén vált lehetségessé,
melyek apró kapcsolók
számítógépeink áramköreiben.
Évtizedeken át tartó fejlődés során
tudományos áttörésekkel, a mérnöki munka bravúrjaival
és dollármilliárdok befektetésével értük el mindezt.
Ez nagyfokú számítógép-használatot
és nagyméretű memóriát hozott el nekünk,
valamint a napjainkban tapasztalható és élvezhető digitális forradalmat.
De a rossz hír az,
hogy digitális útzárhoz érkeztünk,
mivel a miniatürizálás sebessége lassul.
Ez éppen akkor történik,
amikor a szoftverújítás könyörtelenül folytatódik
mesterséges intelligenciával és tömérdek adattal,
amikor eszközeink többnyire arcfelismerést és valóság-kiterjesztést végeznek,
vagy akár autókat vezetnek megbízhatatlan, kaotikus útjainkon.
Lenyűgöző!
De ha nem tudunk lépést tartani szoftvereink étvágyával,
elérhetünk technológiánk fejlődésének egy olyan pontjára,
ahol a szoftveresen lehetséges dolgok
hardvereink miatt korlátozottakká válnak.
Mind tapasztaltunk már régi okostelefon vagy tablet miatti frusztrációt,
ahogy lassan működik, végül leáll
az egyre gyarapodó szoftverfrissítések és új funkciók terhe alatt.
Amikor nem olyan rég megvettük, még jól működött,
de a mohó szoftvermérnökök időközben
bekebelezték az egész hardverkapacitást.
A félvezetőipar nagyon is tudatában van ennek,
és kreatív megoldásokon dolgozik,
a tranzisztorokon túlhaladva a kvantumszámításig,
vagy akár másfajta szerkezeti felépítést használva a tranzisztoroknál,
mint amilyenek a neurális hálózatok,
hogy erősebb, hatékonyabb áramköröket készítsen.
De ezek a megközelítések időigényesek,
és mi sokkal inkább azonnali megoldást keresünk erre a problémára.
A tranzisztorok miniatürizálása lassul,
amit a gyártási folyamatok összetettebbé válása okoz.
A tranzisztorok valamikor kézzelfogható eszközök voltak,
amíg fel nem találták
a tiszta szilíciumkristály lemezeken [ostyákon] alapuló integrált áramköröket.
Ötven év folyamatos fejlődés után
a tranzisztorok méretei
tíz nanométeres dimenziókban járnak.
Egymilliárd tranzisztornál is többet tudunk elhelyezni
egyetlen négyzetmilliméter szilíciumon.
Hogy jobban el tudják ezt képzelni,
az emberi hajszál 100 mikron vastag.
Egy lényegében láthatatlan vörösvértest
nyolc mikron átmérőjű,
így 12 férne el belőlük a hajszál átmérőjén.
Egy tranzisztor ennél sokkal kisebb,
kis töredéke a mikronnak.
Több mint 260 tranzisztor
férne el keresztbe egy vörösvértesten,
és 3000-nél is több a hajszál átmérőjén.
Hihetetlen nanotechnológia van a zsebükben.
Nyilvánvalóan előnyös, ha képesek vagyunk
több kisebb tranzisztort tenni egy chipre,
de emellett a kisebb tranzisztorok gyorsabb kapcsolók,
ráadásul hatékonyabbak is.
Vagyis ez a kombináció alacsony költségű, nagy teljesítményű,
magas hatékonyságú elektronikát nyújt számunkra,
melyet ma mindnyájan élvezünk.
Az integrált áramkörök gyártásához
a tranzisztorokat rétegesen építik fel,
tiszta szilíciumkristály ostyára.
Igen leegyszerűsített formában,
az áramkör minden apró elemét
rávetítik a szilíciumlemez felületére,
és egy fényérzékeny anyagon rögzítik,
majd ezt az anyagot átmaratják,
mintát hagyva az alatta fekvő rétegekben.
E folyamat az évek során drámaian fejlődött,
az elektronikának a ma ismert teljesítményt nyújtva,
de ahogy a tranzisztorok mérete csökken,
elérjük ennek a gyártási technológiának
a fizikai határait.
A legújabb, e technológiára épülő rendszerek
olyan összetetté váltak,
hogy darabonként több mint 100 millió dollárba kerülnek.
A félvezetőgyárakban több tucat ilyen gép van.
Ezért az emberek komolyan megkérdőjelezik: Életképes ez a módszer hosszú távon?
De mi hisszük, hogy képesek vagyunk chipet gyártani
ettől teljesen eltérő, költséghatékonyabb módon,
a természetet utánzó molekuláris tervezéssel,
nanoméretű dimenziókban állítva elő a tranzisztorokat.
A hagyományos gyártás fogja az áramkör minden apró elemét,
és a szilíciumra vetíti.
De ha az integrált áramkör szerkezetét,
a tranzisztortömböket nézzük,
sok jellegzetesség milliószor ismétlődik.
Meglehetősen periodikus a struktúra.
Ebből a tulajdonságból előnyt kovácsolhatunk
alternatív gyártástechnológiánkban.
Önszerveződő anyagokat kívánunk használni
a periodikus struktúrák természetes formálódásához,
melyekre tranzisztoraink miatt van szükségünk.
Anyagokkal valósítjuk meg ezt,
melyek elvégzik a finom mintázatok kialakításának nehéz feladatát,
ahelyett, hogy a kivetítési technológiát erőltetnénk minden határon túl.
Az önszerveződés a természetben több helyen is megfigyelhető,
a lipidmembránoktól a sejtszerkezetig,
úgyhogy tudjuk, hogy ez strapabíró megoldás lehet.
Ha elég jó a természetnek, számunkra is az kell, hogy legyen.
Szóval, vesszük ezt a robusztus, természetes önszerveződést,
és gyártásra használjuk fel félvezető-technológiánkban.
Az egyik önszerveződő anyag -
szakaszos kopolimer -
két, egyenként néhány tíz nanométer hosszú polimerláncból áll,
amelyek nem férnek össze,
taszítják egymást,
mint az olaj és a víz, vagy mint a serdülő fiam és lányom.
(Nevetés)
De mi kegyetlenül összekapcsoljuk őket,
beépített feszültséget hozunk létre a rendszerben,
amint próbálnak szétválni egymástól.
Az ömlesztett anyagban ezek milliárdjai találhatók,
a hasonló összetevők próbálnak együtt maradni,
az ellentétesek pedig elkülönülni egymástól,
mindezt egyidőben.
Ez beépített feszültséget hoz létre a rendszerben,
amely így mozog, formálódik, és végül kialakul.
Ez a természetesen önszerveződő forma nanoméretű,
hosszú, szabályos és periodikus,
azaz pontosan olyan, amilyenre szükségünk van tranzisztortömbjeink számára.
Így már használhatjuk a molekuláris tervezést
különböző méretű és periodicitású
alakzatok létrehozásához.
Ha például veszünk két szimmetrikus molekulát,
ahol a két polimerlánc hasonló hosszúságú,
a természetes önszerveződéssel kialakult forma
egy hosszú, kanyargós vonal,
amely nagyon hasonlít az ujjlenyomathoz.
Az ujjlenyomatvonalak szélességét,
és a köztük lévő távolságot
polimerláncaink hossza,
valamint a rendszer beépített feszültsége határozza meg.
Ennél is kidolgozottabb struktúrákat tudunk létrehozni
aszimmetrikus molekulák felhasználásával,
ahol az egyik polimerlánc jelentősen rövidebb a másiknál.
Ebben az esetben a kialakult szerkezetben
a rövidebb láncok tömör labdaként állnak össze középen,
és őket hosszabb, szemben álló polimerláncok veszik körbe,
miközben természetes hengert formálnak.
A henger mérete,
és a hengerek közti távolság, a periodikusság
ez esetben is a polimerláncok hosszától
és a beépített feszültségtől függenek.
Más szavakkal, molekuláris tervezéssel
nanoméretű alakzatok önszerveződését idézzük elő,
ezek lehetnek terveinknek megfelelő méretű és periodicitású vonalak és hengerek.
A kémiát és vegyészmérnöki tudásunkat használjuk,
hogy legyártsuk ezeket a nanoméretű jellemzőket tranzisztoraink számára.
De az önszerveződő alakzatok létrehozásának képessége
csak félútig visz el bennünket,
mivel még el kell helyezni őket az integrált áramkörben oda,
ahová tranzisztorokat kívánunk elhelyezni.
Ám ezt viszonylag könnyen el tudjuk érni.
Széles vezetőelemekkel rögzítjük az önszerveződő alakzatokat
a kívánt helyre,
fennmaradó részüket pedig
párhuzamos helyzetekbe kényszerítjük,
a vezetőelemekhez igazítva.
Például, ha egy vékony, 40 nanométeres sort akarunk,
amelyet elég nehéz legyártani a hagyományos vetítési technológiával,
a normál vetítési technológiával
legyárthatunk egy 120 nanométeres vezetőstruktúrát,
ami három 40 nanométeres sort fog létrehozni a vezetősávok között.
Így az anyagok végzik a legnehezebb finom-mintázást.
Ezt a megközelítést nevezzük "irányított önszerveződésnek".
A kihívás benne, hogy az egész rendszernek
majdnem tökéletesen kell igazodnia,
mivel egy apró hiba is tranzisztor-meghibásodást okozhat.
Mivel áramkörünkben tranzisztorok milliárdjai találhatók,
molekulárisan majdnem tökéletes rendszerre van szükségünk.
Rendkívüli intézkedéseket fogunk tenni,
hogy ezt elérjük,
a kémiai tisztaságtól
az anyagok gondos előállításáig
a félvezetőgyárban,
hogy eltávolítsuk még a legkisebb nanoméretű hibát is.
Az irányított "önszerelés" tehát izgalmas, új szemléletű technológia,
ám egyelőre még fejlesztési stádiumban van.
De egyre erősebb a meggyőződésünk,
hogy forradalmian új gyártási folyamatként
mutatjuk majd be a félvezetőiparnak
néhány év múlva.
Ha ezt elérjük, ha sikerül,
képesek leszünk folytatni
a tranzisztorok költséghatékony miniatürizálását,
továbbfejleszteni a számítástechnikát,
így új lendületet adni a digitális forradalomnak.
És mi több, ez egy új kor hajnalát jelentheti
a molekuláris tervezésben.
Ugye milyen remek?
Köszönöm.
(Taps)
한때는 컴퓨터가 방 크기만 했습니다.
지금은 주머니에 들어가죠.
손목 위에도 있고요.
심지어 몸 안에 이식되기도 합니다.
정말 대단하죠?
이런한 일들이 가능했던 건 트랜지스터가 소형화된 덕분입니다.
전자 회로에서 스위치 같은 역할을 하는 것으로서
컴퓨터의 핵심이라고 할 수 있죠.
그 과정에는 수십 년에 걸친 개발과
과학 기술 분야의 획기적 발전이 있었고
수십억 불(수조 원)의 개발비가 투입되었습니다.
그 결과로 엄청난 양의 컴퓨터 작업을 할 수 있게 되었고
기억 용량도 크게 늘었으며
오늘날 우리가 누리고 있는 디지털 혁명을 불러왔습니다.
하지만 나쁜 소식이 있어요.
이제 디지털 시대도 한계에 다다랐습니다.
트랜지스터 소형화의 발전 속도가 느려지고 있기 때문이죠.
이와 동시에, 다른 한편에서는
소프트웨어 분야의 기술 혁신이
인공지능과 빅테이터에 힘입어 급속도로 이루어지고 있습니다.
전자기기들이 점차 안면인식과 증강현실 기능을 갖게 되고
심지어 무인자동차가 위험하고 복잡한 도로를 달립니다.
정말 놀랍죠.
하지만 이러한 소프트웨어의 기술 수요를 잘 따라가지 못하면
기술 발전의 어느 시점에 이르러서는
소프트웨어로 할 수 있는 일에 한계에 부딪힐 것입니다.
하드웨어 때문에요.
구형 스마트폰이나 태블릿을 쓰며 당황했던 경험이 있으실 겁니다.
서서히 느려지다가 결국 멈춰버리고 하죠.
업데이트와 새로운 기능이 게속 더해지면 그렇게 됩니다.
얼마 전에 샀으니 문제없이 작동한다고 하더라도
소프트웨어 개발자의 왕성환 식욕이 하드웨어 성능을 다 잡아먹을 겁니다.
시간이 갈수록 말이죠.
반도체 업계는 이러한 상황을 이미 잘 알고 있습니다.
그래서 여러 창의적 해법을 찾고 있죠.
트랜지스터를 뛰어 넘는 양자 컴퓨터를 연구하거나
심지어 트랜지스터 구조를 아예 바꾸는 연구를 하고 있습니다.
예를 들어 신경망처럼 바꾸어
더욱 강력하고 효율적인 회로망을 만들려고 하죠.
그런데 이런 접근 방식에는 꽤 많은 시간이 필요합니다.
문제를 해결할 더 즉각적인 해법을 원하고 있는데도 말이죠.
트랜지스터의 소형화 속도가 느려지고 있는 이유는
그 생산 과정이 갈수록 복잡해지고 있기 때문입니다.
트랜지스터는 처음에는 크고 거대한 장비였지만
순수 결정질 실리콘 웨이퍼를 이용한 집적회로가 발명되면서 바뀌었죠.
그 후 50년 동안 발전이 거듭되어
현재의 트랜지스터 크기는 10 나노미터까지 줄었습니다.
10억 개 이상의 트랜지스터를
가로세로 1mm의 실리콘에 넣을 수 있는 크기입니다.
그 크기를 가늠하자면
인간의 머리카락 지름은 100 마이크로미터입니다.
눈으로 볼 수 없는 적혈구는 지름이 8 마이크로미터이고
하나의 머리카락에 12개의 적혈구를 둘 수 있죠.
이에 비해 트랜지스터는 훨씬 작아서
1 마이크로미터의 길이도 훨씬 잘게 나눠야 하죠.
260개 이상의 트랜지스터를 적혈구 지름에 나열할 수 있습니다.
3,000개 이상의 트랜지스터가 머리카락 지름에 해당되죠.
정말 놀랍게도 그 나노 기술이 지금 여러분 주머니 속에 있습니다.
컴퓨터 칩에 더 작은 트랜지스터를 더 많이 넣을 수 있다는 이점 외에도
트랜지스터가 작아질수록 스위치 기능도 더 빨라집니다.
또한 트랜지스터가 작아질수록 더욱 효율적인 스위치가 되죠.
이 두 가지를 조합하면
더 적은 비용으로
더 우수한 성능과 효율성을 가진 전자제품을 만들 수 있습니다.
우리가 현재 이용하는 제품들이 그렇죠.
이런 집적회로를 만들려면
순수 결정질 실리콘 웨이퍼 위에 트랜지스터를 겹겹이 쌓아야 합니다.
정말 단순하게 설명해 드리면
각각의 작은 회로 도면을
실리콘 웨이퍼의 표면에 투영시켜 비추면
감광물질에 의해 그것이 기록됩니다.
그 감광물질을 따라 홈을 내면
그 아래 층에 회로 패턴이 남게 되는 것이죠.
이런 공정은 과거 수년에 걸쳐 엄청나게 발전해왔습니다.
그 결과로 전자제품들이 현재의 성능을 갖게 되었죠.
하지만 트랜지스터의 크기가 점점 작아지면서
이런 제조기술에 있어서 물리적 한계가 오고 있습니다.
최근에는 그 패턴 기록 장비가 너무나 복잡해져서
한 대당 1억불(약1100억 원) 이상의 비용이 든다고 합니다.
반도체 공장에는 이런 장비가 수십 대씩 필요하죠.
그러면 다들 이런 의문을 갖습니다.
"이런 방식을 계속 유지할 수 있을까?"
저희는 이런 반도체 제작 공정을 바꿀 수 있다고 생각합니다.
지금까지와 전혀 다르고
비용이 훨씬 적게 드는 방법으로 말이죠.
분자공학과 자연모방 기술을 이용해서
트랜지스터를 나노 단위의 크기까지 줄일 수 있습니다.
기존 제조 방식에서는
각각의 작은 회로도를 실리콘 위에 투영해야 한다고 말씀드렸는데요.
그 집적회로의 구조를 살펴보면
트랜지스터의 배열은
똑같은 모양 수백만 개가 반복되는 형태입니다.
매우 주기적인 구조 형태죠.
그래서 우리는 그 주기성을 이용해서
새로운 제조기술을 만들고자 했습니다.
자기조립화 물질을 이용해서
주기성을 갖는 구조가 자연적으로 형성되면
트랜지스터로 쓰고자 했죠.
우리는 그런 물질을 활용해서
정밀한 패턴을 만들 수 있습니다.
패턴 투영기술이 가진 한계를 뛰어 넘을 수 있죠.
자기조립화는 자연계의 여러 곳에서 발견할 수 있습니다.
세포 지질막이나 세포 구조에서도 볼 수 있죠.
우리는 이것이 확실한 해결책이라고 생각했습니다.
자연계에서 유용하다면 우리에게도 분명 유용할 테니까요.
그래서 우리는 이 자연발생적인 강력한 자기조립 특성을 이용해서
반도체 제조 기술에 접목하기로 했습니다.
자기조립 물질 중의 하나를 소개해드리죠.
'블록 혼성 중합체'라는 것인데요.
길이 수십 나노미터의 두 종류의 중합체가 사슬처럼 연결된 것입니다.
이 중합체 사슬들은 서로 싫어해서 서로를 밀어냅니다.
물과 기름처럼, 또는 저희 집 사춘기 아들, 딸 형제처럼요.
(웃음)
하지만 우리는 이 물질을 억지로 결합시켜
서로 밀어내려는 성질을 사전에 억제시켰습니다.
하나의 덩어리 안에는 이 물질 수십억 개가 있어서
비슷한 요소끼리는 붙으려고 하고
그와 동시에, 반대 요소끼리는 서로 떨어지려고 합니다.
억제력과 긴장력이 미리 시스템에 가해진 상태입니다.
그래서 이것이 꿈틀대고 움직이며 형상을 만들어가는 것이죠.
그렇게 자연적으로 스스로 조립되며 나노 크기의 형상을 이룹니다.
규칙적이고, 주기성을 띄며 길이도 길게 할 수 있죠.
트랜지스터 배열에 필요한 바로 그대로입니다.
이제 우리는 분자공학을 이용하여
여러 형태와 크기를 갖는 중합체를 설계했습니다.
물론 주기특성도 달리했죠.
예를 들어, 대칭 분자 구조로 하면
두 종류의 중합체 사슬은 비슷한 길이를 갖습니다.
자연적으로 형성된 자기조립 구조는
길이가 길고, 구불구불한 선의 형태입니다.
마치 지문과 비슷하죠.
그 지문 사이의 간격은
즉, 중합체 간의 간격은
중합체 사슬의 길이에 따라 다릅니다.
시스템 안에 미리 가해진 억제력 수준도 영향을 미치죠.
더 정교한 구조를 만들기 위해서는
비대칭적 분자 구조로 하면 가능합니다.
한쪽 중합체 사슬이 다른 쪽보다 훨씬 짧은 형태인데요.
이 경우에 형성되는 자기조립 구조는
짧은 사슬들이 중앙에서 단단한 구형을 이루고
반대쪽 중합체 사슬들이 그 바깥을 길게 감싸며
자연적인 원통 모양을 만듭니다.
그 원통의 크기와
원통 사이의 간격, 즉 배열 주기는
중합체 사슬의 길이와 사전 억제력에 따라 다릅니다.
다시 설명드리면, 분자공학을 이용해서
자기조립 나노 구조에 적용하면
설계된 크기와 주기성을 갖는 선이나 원통 모양을 만들 수 있습니다.
여기에 화학, 즉 화학공학을 활용하여
우리가 원하는 나노 크기의 트랜지스터를 생산할 수 있죠.
하지만 자기조립 구조를 만드는 기술은
이제 겨우 절반만 성공한 상태입니다.
왜냐하면, 이 구조를 배치하는 기술이 필요하기 때문입니다.
집적회로의 트랜지스터 위치에 있도록 말이죠.
하지만 이건 비교적 쉬운 작업입니다.
넓은 가이드 구조를 만들어서 자기조립 구조가 자리잡도록 하면
일부가 그 자리에 먼저 고정되고
나머지 자기조립 구조가 나란히 놓이도록 하는 겁니다.
가이드 구조를 따라 정렬되는 거죠.
예를 들어, 40 나노미터 간격의 정밀한 선을 만들고자 할 때
기존의 패턴 투영기술로는 만들기가 매우 어렵습니다.
우리는 120 나노미터의 가이드 구조를
일반적인 투영기술로 먼저 만들어 두고
그 사이에 세 개의 자기조립 구조를 40 나노미터 간격으로 배열합니다.
그렇게 이 재료로 가장 어려운 정밀 패턴 작업을 할 수 있습니다.
저희는 이 전체 공정을 "유도 자기조립"이라고 부릅니다.
유도 자기조립에 있어서 핵심과제는
전체 시스템이 거의 완벽하게 배열되어야 한다는 것입니다.
구조에 아주 작은 결함만 있어도 트랜지스터 기능을 잃기 때문이죠.
집적회로에는 수십억 개의 트랜지스터가 필요하기 때문에
거의 분자 수준으로 완벽한 시스템이 요구됩니다.
저희는 아주 특별한 방법으로 이 문제를 해결하고 있습니다.
화학적 세척 과정을 통해서
반도체 공장에서 이들 물질을 조심스럽게 처리함으로써
아주 미세한 나노 수준의 결함 조차 제거하는 것이죠.
이러한 유도 자기조립 기술은 파급력이 큰 신기술이지만
아직까지는 개발 단계에 있습니다.
하지만 반도체 업계에 적용할 수 있을 거라고 확신하고 있습니다.
향후 몇 년 안에 제조공정의 혁신을 가져올 것입니다.
그렇게만 된다면, 이 기술이 성공한다면
저비용으로 트랜지스터 소형화를 계속할 수 있을 것입니다.
컴퓨터 작업량을 더욱 확대하고 디지털 혁명도 지속할 수 있습니다.
그 무엇보다도, 분자 제조 기술의 새시대를 열게 될 것입니다.
이 얼마나 멋진 일인가요?
감사합니다.
(박수)
Os computadores costumavam ser do tamanho de uma sala.
Mas agora cabem no nosso bolso,
no nosso pulso
e até podem ser implantados dentro do nosso corpo.
Não é fantástico?
E isso é possível, graças à miniaturização dos transístores,
que são os pequenos interruptores nos circuitos
no coração dos nossos computadores.
Conseguimos isso graças a décadas de desenvolvimento
e de avanços na ciência e na engenharia
e a milhares de milhões de dólares em investimento.
Isso deu-nos grandes quantidades de computação,
grande quantidade de memória
e a revolução digital que todos experimentamos e apreciamos hoje.
Mas o problema
é que estamos prestes a atingir um obstáculo digital,
porque o ritmo de miniaturização dos transístores
está a diminuir de velocidade.
Isso está a acontecer exatamente na mesma altura
em que a inovação em "software" continua incansavelmente
com a inteligência artificial e os grandes volumes de dados.
Os nossos dispositivos executam regularmente
o reconhecimento facial, aumentam a nossa realidade
ou até mesmo dirigem carros nas estradas traiçoeiras e caóticas.
É incrível!
Mas se não acompanharmos o apetite do nosso "software",
podemos chegar a um ponto no desenvolvimento da nossa tecnologia
em que as coisas que podíamos fazer com o "software"
podem ficar limitadas pelo "hardware".
Todos nós já experimentámos a frustração de um "smartphone" ou "tablet" antigos
a funcionar lentamente até parar por completo
sob o peso crescente das atualizações do "software" e de novos recursos.
Funcionavam muito bem quando os comprámos, há pouco tempo.
Mas os famintos engenheiros de "software"
consumiram toda a capacidade do "hardware"
ao longo do tempo.
A indústria de semicondutores está plenamente consciente disso
e está a trabalhar em todo o tipo de soluções criativas,
como passar dos transístores para a computação quântica
ou mesmo trabalhar com transístores com arquiteturas alternativas
como redes neurais
para tornar os circuitos mais robustos e eficientes.
Mas essas abordagens vão demorar um pouco
e estamos a procurar uma solução muito mais imediata para este problema.
A razão por que o ritmo da miniaturização dos transístores está a diminuir
é a crescente complexidade do processo de fabrico.
O transístor costumava ser um dispositivo grande e volumoso,
até à invenção do circuito integrado
à base de bolachas de silício cristalino puro.
Ao fim de 50 anos de desenvolvimento contínuo,
agora podemos fabricar transístores
com uma dimensão até 10 nanómetros.
Podemos encaixar mais de mil milhões de transístores
num só milímetro quadrado de silício.
Para colocar isto em perspetiva,
um cabelo humano tem 100 mícrones de diâmetro.
Um glóbulo vermelho, que é praticamente invisível,
tem oito mícrones de diâmetro,
e podemos colocar 12 alinhados na largura de um cabelo humano.
Mas um transístor, em comparação, é muito menor,
com uma pequena fração de um mícron de largura.
Podemos colocar mais de 260 transístores
no diâmetro de um só glóbulo vermelho
ou seja, mais de 3000 na largura de um cabelo humano.
É uma nanotecnologia espantosa no nosso bolso.
Para além do benefício óbvio
de poder colocar mais transístores mais pequenos num "chip",
os transístores mais pequenos são interruptores mais rápidos,
e os transístores mais pequenos também são interruptores mais eficientes.
Essa combinação tem-nos dado
menor custo, maior desempenho e uma eletrónica de maior eficiência
de que todos desfrutamos hoje.
Para fabricar esses circuitos integrados,
os transístores são montados camada a camada,
numa bolacha de silício cristalino puro.
Para dizê-lo de forma simples,
cada pequena característica do circuito é projetada
na superfície da bolacha de silicone
e gravada numa camada de material sensível à luz
e depois gravada através do material sensível à luz
para deixar o padrão nas camadas subjacentes.
Este processo tem melhorado drasticamente ao longo dos anos
para dar à eletrónica o desempenho que temos hoje.
Mas à medida que as características do transístor diminuem,
estamos a aproximar-nos das limitações físicas
desta técnica de fabrico.
Os sistemas mais recentes para realizar esse padrão
tornaram-se tão complexos
que custam mais de 100 milhões de dólares cada.
E as fábricas de semicondutores possuem dezenas dessas máquinas.
Então, as pessoas estão a questionar se esta abordagem é viável a longo prazo.
Acreditamos que podemos fabricar os "chips"
de uma forma totalmente diferente e muito mais económica,
usando a engenharia molecular e imitando a natureza
à dimensão em nanoescala dos nossos transístores.
Como eu disse, o fabrico convencional
agarra em todas as pequenas características do circuito
e projeta-as no silício.
Mas se olharmos para a estrutura de um circuito integrado,
para as matrizes do transístor,
muitas das características repetem-se milhões de vezes.
É uma estrutura altamente periódica.
Então, queremos tirar partido dessa periodicidade
na nossa técnica alternativa de fabrico.
Queremos usar materiais de montagem automática
para formar naturalmente as estruturas periódicas
de que precisamos para os transístores.
Fazemos isso com os materiais,
e depois os materiais fazem o trabalho difícil do padrão fino,
em vez de empurrarem a tecnologia de projeção para além do seu limite.
Vemos a automontagem na Natureza em muitos lugares diferentes,
nas membranas lipídicas nas estruturas celulares,
por isso sabemos que pode ser uma solução robusta.
Se é bom para a Natureza, deve ser bom para nós.
Queremos aproveitar esta automontagem robusta que ocorre naturalmente
e usá-la para o fabrico da nossa tecnologia de semicondutores.
Um tipo de material de montagem automática
— chama-se copolímero em bloco —
consiste em duas cadeias de polímeros
só com umas dezenas de nanómetros de comprimento.
Mas essas cadeias odeiam-se.
Repelem-se, como o óleo e a água
ou o meu filho e a minha filha adolescentes.
(Risos)
Mas nós unimo-las cruelmente,
criando uma frustração intrínseca no sistema,
enquanto tentam separar-se.
Nesta matéria prima, há milhares de milhões destas cadeias,
e as cadeias semelhantes tentam manter-se juntas
e as cadeias opostas tentam separar-se umas das outras
tudo ao mesmo tempo.
Isso provoca uma frustração interna, uma tensão no sistema.
Elas deslocam-se, retorcem-se até se criar uma forma.
Essa forma automontada natural que se forma à nanoescala,
é regular, é periódica, e a longo prazo,
o que é exatamente aquilo de que precisamos
para as matrizes do transístor.
Assim, podemos usar a engenharia molecular
para projetar formas diversas de tamanhos diferentes
e de diferentes periodicidades.
Por exemplo, se tomarmos uma molécula simétrica,
em que as duas cadeias de polímeros têm o mesmo comprimento,
a estrutura automontada que se forma naturalmente
é uma linha longa e sinuosa,
muito parecida com uma impressão digital.
E a largura das linhas dessa impressão digital
e a distância entre elas
são determinadas pelo comprimento das cadeias de polímeros
mas também pelo nível da frustração interna do sistema.
Até podemos criar estruturas mais elaboradas
se usarmos moléculas assimétricas,
em que uma cadeia de polímeros
é significativamente mais curta que a outra.
A estrutura automontada que se forma neste caso
constitui uma bola apertada com as correntes curtas no meio,
cercada pelas cadeias de polímeros opostas, mais compridas,
formando um cilindro natural.
O tamanho deste cilindro
e a distância entre os cilindros, a periodicidade,
são de novo determinados pelo comprimento que damos às cadeias de polímeros
e pelo nível de frustração interna.
Por outras palavras, estamos a usar a engenharia molecular
para automontar estruturas à nanoescala
que podem ser linhas ou cilindros
com o tamanho e a periodicidade do nosso "design".
Estamos a usar a química, a engenharia química,
para fabricar as características necessárias para os transístores.
Mas a capacidade de automontar essas estruturas
só nos leva a meio do caminho,
porque ainda precisamos de posicionar essas estruturas
onde queremos os transístores no circuito integrado.
Mas podemos fazer isso com relativa facilidade
usando largas estruturas guias que fixam as estruturas automontadas,
prendendo-as no seu lugar
e forçando o resto das estruturas automontadas
a manterem-se em paralelo,
alinhadas com a nossa estrutura guia.
Por exemplo, se quisermos fazer uma linha fina de 40 nanómetros,
que é muito difícil de fabricar com a tecnologia de projeção convencional,
podemos fabricar uma estrutura guia de 120 nanómetros
com a tecnologia de projeção normal,
e essa estrutura alinhará três das linhas de 40 nanómetros no meio.
Então, são os materiais que fazem o trabalho mais difícil.
Chamamos a toda esta abordagem "automontagem dirigida".
O problema da automontagem dirigida
é que todo o sistema precisa de alinhar quase perfeitamente,
porque qualquer pequeno defeito na estrutura
pode causar a falha do transístor.
E como há milhares de milhões de transístores no nosso circuito,
precisamos de um sistema quase molecularmente perfeito.
Mas estamos a fazer esforços extraordinários
para conseguir isso,
seja a limpeza da nossa química
seja o processamento cuidadoso destes materiais
na fábrica de semicondutores
para remover os mais pequenos defeitos nanoscópicos.
A automontagem dirigida é uma tecnologia revolucionária, promissora,
mas ainda está na fase de desenvolvimento.
Mas cada vez temos mais confiança de que podemos apresentá-la
à indústria de semicondutores
como um novo processo revolucionário de fabrico
nos próximos anos.
Se pudermos fazer isso, se tivermos sucesso,
poderemos continuar
com a miniaturização de transístores, económica e eficiente,
continuar com a expansão espetacular da computação
e a revolução digital.
Além do mais, isso até pode ser o alvorecer de uma nova era
de fabrico molecular.
Não é fantástico?
Obrigado.
(Aplausos)
Os computadores costumavam ser do tamanho de uma sala.
Mas agora cabem em nosso bolso,
em nosso pulso
e podem até mesmo ser implantados dentro do nosso corpo.
Isso é muito legal, não é?
Isso foi possível pela miniaturização de transistores,
que são os pequenos interruptores nos circuitos
no coração dos nossos computadores.
E isso foi alcançado através de décadas de desenvolvimento
e avanços na ciência e engenharia
e de bilhões de dólares em investimento.
Mas nos deu grandes quantidades de capacidade,
enormes quantidades de memória
e a revolução digital que todos nós conhecemos e desfrutamos hoje.
Mas a má notícia é
que estamos prestes a atingir um obstáculo digital,
conforme a taxa de miniaturização de transistores está diminuindo.
E isso está acontecendo exatamente ao mesmo tempo
em que a nossa inovação em software continua incansavelmente
com inteligência artificial e grande volume de dados.
Os dispositivos realizam reconhecimento facial, aumentam a nossa realidade
ou até mesmo dirigem carros pelas nossas estradas perigosas e caóticas.
É incrível.
Mas se não acompanharmos o apetite do nosso software,
podemos chegar a um ponto no desenvolvimento da nossa tecnologia
em que as coisas que faríamos com o software poderiam, de fato, ser limitadas
pelo nosso hardware.
Todos já experimentamos a frustração de um smartphone ou tablet antigo
morrendo lentamente até parar ao longo do tempo
sob o peso cada vez maior de atualizações de software e novos recursos.
E eles funcionavam muito bem há pouco tempo quando os compramos.
Mas os engenheiros de software esfomeados consumiram toda a capacidade de hardware
ao longo do tempo.
A indústria de semicondutores está muito ciente disso
e está trabalhando em todo tipo de soluções criativas,
como ir além dos transistores para a computação quântica
ou mesmo trabalhando com transistores em arquiteturas alternativas,
como redes neurais,
para fazer circuitos mais robustos e eficientes.
Mas essas abordagens levarão algum tempo
e estamos procurando uma solução muito mais imediata para esse problema.
A taxa de miniaturização de transistores está diminuindo
devido à complexidade cada vez maior do processo de fabricação.
O transistor costumava ser um dispositivo grande e volumoso,
até a invenção do circuito integrado
baseado em pastilhas de silício cristalino puro.
E depois de 50 anos de desenvolvimento contínuo,
podemos alcançar dimensões de recursos de transistores
de até 10 nanômetros.
Podemos encaixar mais de um bilhão de transistores
em um único milímetro quadrado de silício.
E para colocar isso em perspectiva:
um fio de cabelo humano tem 100 mícrons de espessura.
Um glóbulo vermelho, que é essencialmente invisível,
tem oito mícrons de diâmetro
e podemos colocar 12 na espessura de um fio de cabelo humano.
Mas um transistor, em comparação, é muito menor,
com uma pequena fração de um mícron de diâmetro.
Podemos colocar mais de 260 transistores
através de um único glóbulo vermelho
ou mais de 3 mil na espessura de um fio de cabelo humano.
É realmente incrível a nanotecnologia no nosso bolso nesse momento.
E além do benefício óbvio
de poder colocar mais transistores menores em um chip,
transistores menores são interruptores mais rápidos
e também mais eficientes.
Então essa combinação nos deu
o menor custo, maior desempenho e maior eficiência eletrônica
que todos nós desfrutamos hoje.
Para fabricar estes circuitos integrados,
os transistores são construídos camada por camada,
numa pastilha de silício cristalino puro.
E em um sentido simplista,
cada minúsculo recurso do circuito é projetado
sobre a superfície da pastilha de silício,
gravado em material sensível à luz
e, em seguida, gravado através do material sensível à luz,
para deixar o padrão nas camadas subjacentes.
E este processo foi drasticamente melhorado ao longo dos anos
para proporcionar o desempenho eletrônico que temos hoje.
Mas conforme os recursos do transistor ficam cada vez menores,
nos aproximamos das limitações físicas
desta técnica de fabricação.
Os sistemas mais recentes para fazer esse padrão
tornaram-se tão complexos
que custariam mais de US$ 100 milhões cada.
E as fábricas de semicondutores contêm dezenas dessas máquinas.
Então as pessoas estão questionando: esta abordagem é viável a longo prazo?
Mas acreditamos que podemos fabricar os chips
de uma maneira totalmente diferente e muito mais econômica
usando engenharia molecular e imitando a natureza
nas dimensões nanoscópicas de nossos transistores.
Como eu disse, a manufatura convencional usa todos os recursos do circuito
e projeta-o no silício.
Mas se observarmos a estrutura de um circuito integrado,
as matrizes dos transistores,
muitas das funcionalidades são repetidas milhões de vezes.
É uma estrutura altamente periódica.
Então, queremos aproveitar essa periodicidade
em nossa técnica de fabricação alternativa.
Queremos usar materiais de automontagem
para formar naturalmente as estruturas periódicas
que precisamos para nossos transistores.
Fazemos isso com os materiais,
que, então, fazem o trabalho duro da padronização fina,
ao invés de empurrar a tecnologia de projeção para seus limites e além.
A automontagem é vista na natureza em muitos lugares diferentes,
de membranas lipídicas a estruturas celulares,
então sabemos que pode ser uma solução robusta.
Se é bom o suficiente para a natureza, deve ser bom o suficiente para nós.
Então, queremos pegar essa automontagem robusta e natural
e usá-la para a fabricação de nossa tecnologia de semicondutores.
Um tipo de material de automontagem,
chamado de copolímero em bloco,
consiste em duas cadeias poliméricas com umas dezenas de nanômetros de comprimento.
Mas essas cadeias se odeiam.
Elas se repelem,
muito parecido com óleo e água ou meu filho e minha filha adolescentes.
(Risos)
Mas nós cruelmente os unimos,
criando uma frustração inerente no sistema
conforme eles tentam se separar um do outro.
No material a granel, há bilhões deles,
os componentes similares tentam ficar juntos
e os componentes opostos tentam se separar um do outro, ao mesmo tempo.
E isso tem uma frustração embutida, uma tensão no sistema.
Ele se move, se contorce até que surge uma forma.
E a forma natural de automontagem que surge é em nanoescala,
é regular, periódica e de longo alcance,
que é exatamente o que precisamos para nossas matrizes de transistores.
Então podemos usar engenharia molecular
para projetar diferentes formas de diferentes tamanhos
e diferentes periodicidades.
Por exemplo, se pegarmos uma molécula simétrica,
em que as duas cadeias poliméricas são de comprimento semelhante,
a estrutura automontada natural que é formada
é uma linha longa e sinuosa
parecida com uma impressão digital.
A largura das linhas da impressão digital
e a distância entre elas
é determinada pelo comprimento de nossas cadeias poliméricas,
mas também pelo nível de frustração embutida no sistema.
E podemos até criar estruturas mais elaboradas
se usarmos moléculas assimétricas,
nas quais uma cadeia polimérica é significativamente mais curta que a outra.
E a estrutura automontada que se forma neste caso
está com as cadeias mais curtas formando uma bola apertada no meio,
e é cercada por cadeias poliméricas mais longas e opostas,
formando um cilindro natural.
O tamanho deste cilindro
e a distância entre os cilindros,
a periodicidade,
é determinado por quanto tempo fazemos as cadeias poliméricas
e o nível de frustração embutida.
Então, em outras palavras, estamos usando engenharia molecular
para automontar estruturas em nanoescala
que podem ser linhas ou cilindros do tamanho e periodicidade do nosso projeto.
Usamos química, engenharia química,
para fabricar os recursos em nanoescala que precisamos para nossos transistores.
Mas a capacidade de automontar essas estruturas
só nos leva até a metade do caminho,
porque ainda precisamos posicionar essas estruturas
onde queremos os transistores no circuito integrado.
Mas podemos fazer isso com relativa facilidade
usando estruturas de guia largas
que fixam as estruturas automontadas,
ancorando-as no lugar
e forçando o resto das estruturas automontadas
a ficarem em paralelo,
alinhado-as com a nossa estrutura de guia.
Por exemplo, se quisermos fazer uma linha fina de 40 nanômetros,
que é muito difícil de fabricar com tecnologia de projeção convencional,
podemos fabricar uma estrutura de guia de 120 nanômetros
com tecnologia de projeção normal,
e essa estrutura alinhará três das linhas de 40 nanômetros entre elas.
Então os materiais estão fazendo o padrão fino mais difícil.
Chamamos toda essa abordagem de "automontagem dirigida".
O desafio da automontagem dirigida
é que todo o sistema precisa se alinhar quase perfeitamente,
porque qualquer defeitozinho na estrutura pode causar uma falha no transistor.
E porque há bilhões de transistores em nosso circuito,
precisamos de um sistema quase molecularmente perfeito.
Mas estamos tomando medidas extraordinárias para alcançar isto,
da limpeza de nossa química
ao processamento cuidadoso dos materiais
na fábrica de semicondutores
para eliminar até mesmo os menores defeitos nanoscópicos.
A automontagem dirigida é uma nova tecnologia inovadora,
mas ainda está em fase de desenvolvimento.
Estamos crescendo na confiança de que podemos, de fato, introduzi-la
na indústria de semicondutores
como um novo processo de fabricação revolucionário
nos próximos anos.
E se pudermos fazer isso, se formos bem-sucedidos,
nós poderemos continuar
com a miniaturização econômica de transistores,
continuar com a espetacular expansão da computação
e da revolução digital.
E mais, isso poderia ser o alvorecer de uma nova era
de fabricação molecular.
Isso é muito legal, não é?
Obrigado.
(Aplausos)
Раньше компьютеры были размером с комнату.
Сейчас они помещаются в карман,
на запястье,
они даже могут быть имплантированы в тело человека.
Здорово, не правда ли?
Все это стало доступно благодаря уменьшению размеров транзисторов —
крошечных переключателей в электронных цепях
самого сердца компьютера.
Для этого понадобились десятилетия разработок,
прорывов в областях науки и инженерии,
а также миллиарды долларов инвестиций.
Но это дало нам огромные вычислительные возможности,
гигантские объёмы памяти
и цифровую революцию, плодами которой мы сегодня пользуемся.
Плохая новость в том,
что мы близки к тому, чтобы уткнуться в цифровой барьер,
поскольку темпы миниатюризации транзисторов замедляются.
Это происходит одновременно
с неуклонно продолжающимся прогрессом в областях программного обеспечения,
искусственного интеллекта и больших данных.
Наши устройства рутинно распознают лица, дополняют реальность
и даже управляют автомобилями на коварных дорогах с хаотичным движением.
Это поразительно.
Но если мы не будем поспевать за аппетитами программного обеспечения,
то достигнем той стадии развития технологий,
когда возможности, которые даёт программное обеспечение,
будут ограничены аппаратурой.
Нам всем знакомо раздражение от того, что старые смартфоны или планшеты
начинают тормозить с течением времени, вплоть до полной остановки,
из-за растущего груза обновлений и новых функций.
И ведь совсем недавно, после покупки, всё работало отлично.
Но жадные разработчики постепенно «съели»
весь объём памяти устройства.
Полупроводниковая промышленность об этом хорошо осведомлена
и занимается разработкой всевозможных креативных решений,
включая переход от транзисторов к квантовым вычислениям
или применение транзисторов в альтернативных архитектурах,
например, в нейронных сетях,
для создания более надёжных и эффективных микросхем.
Но такие разработки потребуют значительного времени,
а нам нужно, по большому счёту, немедленное решение этой проблемы.
Темпы миниатюризации транзисторов замедляются,
потому что постоянно растёт сложность процесса их изготовления.
До изобретения интегральных схем
транзисторы были весьма громоздкими
и строились на основе кристаллических кремниевых пластин.
И в результате 50 лет непрерывного развития
на текущий момент удалось уменьшить размер транзисторов
до 10 нанометров.
На одном квадратном миллиметре кремниевой пластины
можно разместить более миллиарда транзисторов.
Для сравнения,
толщина человеческого волоса составляет 100 микрон.
Диаметр почти невидимого эритроцита
составляет 8 микрон,
на срезе волоса поместится аж 12 таковых.
Для сравнения, транзистор намного меньше,
его ширина составляет ничтожную долю микрона.
По диаметру эритроцита
можно разместить более 260 транзисторов,
на срезе человеческого волоса — более 3 000.
У вас в кармане прямо сейчас находятся уму непостижимые нанотехнологии.
Помимо очевидных преимуществ
размещения большего числа транзисторов на чипе,
маленькие транзисторы
быстрее и значительно эффективнее.
Это сочетание позволило
снизить стоимость, увеличить производительность и эффективность
замечательной современной электроники.
При производстве интегральных схем
транзисторы наращиваются послойно
на кристаллической кремниевой пластине.
Упрощённо,
каждая крошечная деталь схемы
проецируется на поверхность кремниевой пластины
и записывается на светочувствительный носитель,
а затем вытравливается в нём,
чтобы сохранить рельеф на его нижних слоях.
Этот процесс за последние годы чрезвычайно улучшился,
позволив современной электронике достичь сегодняшней производительности.
Но с уменьшением размеров транзисторов
стали заметны физические ограничения
этого технологического процесса.
Новейшие системы создания рельефа
становятся настолько сложны,
что каждый станок, по моим сведениям, стóит более 100 миллионов долларов.
На заводах по производству полупроводников находятся десятки таких станков.
Встаёт серьёзный вопрос о жизнеспособности этого подхода в долгосрочной перспективе.
Мы уверены, что производство микросхем
можно организовать совершенно по-другому и намного дешевле,
используя молекулярную инженерию и имитируя природу
в нанодиапазоне наших транзисторов.
Как я уже сказал, при традиционном производстве
все мельчайшие детали схемы проецируются на кремниевую основу.
Но в структуре интегральной схемы,
в массивах транзисторов,
многие элементы повторяются миллионы раз.
Это структура с высокой повторяемостью.
И мы хотим использовать преимущества этой повторяемости
в альтернативной технологии производства.
Мы хотим использовать самособирающиеся материалы
для естественного формирования повторяющихся структур,
необходимых для производства транзисторов.
Мы подбираем материалы,
делающие всю тяжёлую работу по формированию точного рельефа
вместо того, чтобы выжимать всё возможное и невозможное из технологии проецирования.
В природе много примеров самосборки,
начиная с липидных мембран и заканчивая клеточными структурами,
так что мы знаем, что это может быть надёжным решением.
То, что приемлемо для природы, должно быть приемлемо и для нас.
Мы хотим использовать в технологии производства полупроводников
встречающийся в природе надёжный принцип самосборки.
Один такой тип самоагрегирующегося материала,
известный как блок-сополимер,
состоит из двух полимерных цепей длиной в несколько десятков нанометров.
Но эти цепи не переносят друг друга.
Они отталкивают друг друга,
как масло и вода, или мои подростки сын и дочь.
(Смех)
Но мы безжалостно соединяем их,
создавая, по мере их попыток отделиться,
внутренний конфликт в системе,
В куске материала таких взаимодействий миллиарды,
похожие компоненты пытаются притянуться друг к другу,
противоположные — оттолкнуться друг от друга,
причём одновременно.
Это и есть встроенный конфликт, напряжённость в системе.
Всё ходит кругами, выгибается, пока не примет окончательную форму.
Самособранная естественным путём в нанодиапазоне форма
регулярна, периодична и долговечна,
и именно это необходимо для массивов транзисторов
Следовательно, можно использовать молекулярную инженерию
для создания форм различных размеров
с различной периодичностью.
Например, если взять симметричную молекулу
с двумя полимерными цепями схожей длины,
из неё естественным образом самосборки сформируется
длинная извилистая линия,
сильно напоминающая отпечаток пальца.
Ширина линий отпечатков пальцев
и расстояние между ними
определяется длиной полимерных цепей
и уровнем встроенного в систему конфликта.
Мы даже можем создать более развитые структуры,
используя асимметричные молекулы,
где одна полимерная цепь намного короче другой.
В таком случае образуется следующая структура:
короткие цепи формируют в центре плотный шар,
окружённый длинными, противоположными полимерными цепями,
образующими естественный цилиндр.
Размер этого цилиндра
и расстояние между цилиндрами, их периодичность
опять же зависят от длины полимерных цепей
и уровня встроенного конфликта.
Иными словами, мы используем молекулярные технологии
для формирования самособирающихся структур в нанодиапазоне
в виде линий или цилиндров с требуемыми размерами и периодичностью.
Мы используем химию, химические технологии,
чтобы производить детали для транзисторов в нанодиапазоне.
Способность этих структур к самосборке
является только половиной решения проблемы,
нам всё ещё нужно их расположить
в интегральных схемах на месте транзисторов.
Это достигается относительно просто
с использованием широких направляющих фиксаторов,
крепящих самособранные структуры по месту
и выстраивающих параллельно
аналогичные структуры,
присоединяя их к направляющим.
Например, для создания тонкой 40-нанометровой линии,
которую очень тяжело создать с традиционной проекционной технологией,
можно построить с обычной технологией
120-нанометровую направляющую структуру,
и эта структура объединит три 40-нанометровых линии между ними.
То есть материалы сами по себе создают сложный рельеф.
Мы называем этот подход «управляемая самоагрегация».
Проблема с этим состоит в том,
что всю систему нужно выстроить практически идеально,
поскольку малейший изъян в структуре приведёт к неисправности транзистора.
И поскольку в наших схемах миллиарды транзисторов,
нужна практически идеальная молекулярная система.
Но чтобы этого достичь,
мы собираемся приложить все возможные усилия,
от чистоты химических веществ
до тщательной обработки материалов
на полупроводниковых заводах,
чтобы не допустить ни малейшего наноскопического дефекта.
Так что управляемая самоагрегация — это новая интересная передовая технология,
но она всё ещё находится на стадии развития.
Но в нас растёт уверенность, что всего лишь через несколько лет
её можно будет применить
как революционный производственный процесс
в полупроводниковой промышленности.
Если мы этого добъёмся, если всё пройдёт успешно,
мы сможем продолжить
недорогое уменьшение транзисторов,
продолжить распространение вычислительных возможностей
и цифровой революции.
Может быть, это будет рассвет новой эры
производства на молекулярном уровне.
Здорово, не правда ли?
Спасибо.
(Аплодисменты)
过去，计算机和房间一样庞大。
但是如今你可以把计算机揣进兜里，
戴在手腕上，
甚至是嵌入身体中。
多棒啊！
这些都得益于晶体管的微型化，
晶体管是电路中的小开关，
位于计算机的核心区域。
晶体管经过数十年的研发、
科学工程上的突破
和数十亿美元的投入之后取得成功。
它赋予了我们强大的计算能力、
海量的记忆功能
以及我们共同经历的数字革命。
但是坏消息是，
随着晶体管小型化的速率不断下降，
我们即将迎来数字化的瓶颈。
与此同时，
我们在软件方面不断创新，
人工智能和大数据蓬勃发展。
我们的设备可以进行 面部识别以及现实增强，
可以在危险、混乱的道路上 进行无人驾驶。
简直不可思议！
但如果我们跟不上软件发展的速度，
就可能会达到科技发展的瓶颈，
软件发展会受到限制，
来自硬件发展的限制。
我们都经历过 在不断增多的软件更新
和新功能的重压下，
老版智能手机和平板带来的失望感， 加载缓慢甚至是停滞卡顿。
我们刚买这些设备的时候， 它们运转得还不错。
但是随着软件的更新，
硬件渐渐跟不上了。
半导体行业已经意识到了这一点，
并且致力于摆脱这一困境。
比如说超越晶体管到量子计算，
或者在替代架构中使用晶体管，
比如在神经网络中，
创造出更坚固有效的电路。
但是这些方法都很耗时，
我们正在寻找解决这个问题的捷径。
晶体管小型化速率下降，
是由制造过程日益复杂导致的。
过去，晶体管是 很大、很笨重的设备，
直到基于纯晶硅片的
集成电路的问世， 晶体管才不断变小。
在持续五十年的发展后，
如今我们可以使晶体管的特性尺寸
达到10纳米以下。
你可以把超过十亿个的晶体管
放在一个一平方毫米的硅片中。
为了更形象地描述这一点， 我将提供一些数据：
人的头发直径是100微米。
一个肉眼几乎看不见的血红细胞，
直径是8微米。
头发的宽度几乎是血红细胞的12倍。
但是相比之下，晶体管更小，
直径远小于1微米。
晶体管的宽度，
是一个血红细胞的260分之一，
是一个头发丝宽度的三千分之一。
这个不可思议的纳米科技 现在就被你揣在兜里。
除了显而易见的好处，
即我们可以放置更多、 更小的晶体管在芯片中，
更小的晶片还意味着更快的转换速度，
也意味着更高的转换效率。
这个结合赋予我们
更低成本、更高性能 和更高效率的电子设备，
在今天为我们带来了极大的方便。
生产这些集成电路，
需要我们将晶体管 在一个纯晶硅片上
一层层地叠加起来。
简言之，
电路的每一个微小特征 都被投射在
硅片表面，
被记录在光敏材料上，
然后被蚀刻在光敏材料上，
将图样留在底层。
多年来，这一过程 得到了极大的改进，
从而赋予了电子设备今日的表现。
但是随着晶体管越变越小，
我们迎来了制造技术的
物理极限。
最新制造底样的系统
变得十分复杂，
导致每件设备的成本 高达1亿多美金。
而每家半导体工厂 都需要采购大量的这些设备。
于是人们开始正视这个问题： 这个方法是长期可行的吗？
但是我们相信我们可以 对芯片制造方法做出改变，
用一种全新的、更划算的方式，
使用分子工程和模拟自然的方法，
在我们晶体管的纳米维度上。
如我所说，传统制造方法将 电路的每一个微小特征
都投射到了晶片上。
但是如果你关注 一个集成电路的结构、
晶体管的排列，
你会发现这些微小特征 被重复了数百万次。
这是一种高度周期性的结构。
所以我们想在我们的替代生产技术中
利用这种周期性。
我们想使用自组装材料，
自然地组建周期性结构
来构建晶体管。
我们用材料进行试验，
让这些材料完成 精细图案的制作工作，
而不是试图在投射技术上寻找突破。
自组装原理在大自然中随处可见，
从脂质膜到细胞结构，
所以我们认为 这将会是有效的解决方法。
如果该方法可以应用于大自然， 同理可用于芯片产业。
所以这一切就顺其自然了，
将稳固的自组装方法 应用到半导体的生产中去。
一种自组装材料——
名为嵌段共聚物——
由两条长度只有 几十纳米的聚合物链组成，
但是这些聚合物链彼此排斥。
它们彼此排斥，
就像水油不相溶， 就像我青春期的儿女。
（笑声）
但是我们强制使它们结合在一起，
在系统中创造一种嵌入式窘组，
即便它们想要相互分离。
一块巨型材料， 包含着数十亿个这样的聚合物链，
相似的化合物会粘结在一起，
同时互斥的化合物则会
相互分离。
这是嵌入式的窘组， 一种系统的张力。
所以这些化合物四处移动， 蠕动直到形成一个形状。
天然的自组装形状是纳米级的，
它有规律和周期性，还很长。
这就是我们在晶体管排列中所需要的。
所以我们可以应用分子工程
来设计不同尺寸的不同形状，
以及不同周期性的不同形状。
比如说，如果我们 选用一种对称分子，
它的两条聚合物链长度相似，
则自然的自组装结构就会是
长的曲线形，
像指纹一样。
指纹线的宽度
和其间的距离，
不仅取决于聚合物链的长度，
还取决于系统内嵌窘组的级别。
我们还可以创造更复杂的结构。
如果我们使用非对称分子，
其中一条聚合物链显著短于另一条。
这种情况下的自组装结构是这样的：
短链在中间形成一个牢固的圆球，
被包围在更长的、 相互排斥的聚合物链中，
形成一个自然的圆柱体。
这个圆柱体的尺寸
以及圆柱体之间的距离、周期性，
取决于我们选用的聚合物链的长度，
以及内嵌窘组的水平。
换言之，我们在利用分子工程
获得自组装的纳米结构。
这些结构可以是线形的、圆柱形的， 同时也符合我们设计的周期性。
我们在使用化学、化学工程
来制造我们晶体管 所需的纳米级特征。
但是自组装这些结构的能力
只解决了一半的问题，
因为我们还需要排列这些结构，
使得晶体管们可以形成集成电路。
但是这些东西相对更简单，
使用宽导向结构来固定自组装结构，
将它们锚定到位，
使剩余的自组装结构
可以平行排列，
从而与我们的导向结构保持一致。
比如，如果我们想制作一个 精细的、40纳米长的线形，
这对传统的投射技术 而言是非常困难的，
我们可以先制作 一个120纳米的导向结构，
使用普通的投射技术，
这个结构将把 3个40纳米长的线形排列在一起。
所以这些材料在进行 最困难的精细复写。
我们称这种方法为： 直接自组装法。
这种方法的挑战在于，
整个系统都需要完美地排列，
因为结构中任何微小的缺陷 都会导致晶体管的失效。
因为我们电路中存在数十亿个晶体管，
我们需要一个无比精细完美的系统。
但我们需要付出非凡的努力，
来达到这一目标。
从我们的化学清洁
到在半导体工厂中的
这些材料的精细处理
从而消除纳米级别的最小失误。
所以直接自组装法是一种 全新的，令人激动的颠覆性技术。
但是它还在发展阶段。
但是我们有信心在未来的几年里，
在半导体行业中
引入这种全新的
变革型制造方法，
如果我们成功了，
我们将能够继续进行
低成本的晶体管小型化、
计算能力的快速发展
以及数字的变革。
除此之外，这是将会是
分子制造新纪元的曙光。
听上去相当不错吧！
谢谢。
（掌声）
以前，電腦的大小跟 一個房間一樣大。
但現在已經小到可以放到 口袋裡、戴在手腕上，
甚至可以植入你的身體中。
多酷啊？
這之所以能夠實現， 是因為電晶體的微型化，
電晶體是電路中的小型開關，
位在電腦的心臟部位。
微型化能成功，也是經過數十年
科學和工程的的發展及突破，
還有數十億美元的投資。
但，它給了我們非常大量的計算、
非常大量的記憶體，
以及我們現今大家都體驗到 且很享受的數位革命。
但，壞消息是，
我們很快就要碰到數位路障了，
因為電晶體微型化的 速度正在減緩。
這個狀況發生的同時，
因人工智慧以及大數據，
我們的軟體還在持續不斷創新。
且我們的裝置經常要執行 臉孔辨識或是虛擬實境，
或甚至要在我們變化莫測 又混亂的道路上自動開車。
這很不可思議。
但，如果我們趕不上 我們軟體的胃口，
我們的科技發展就有可能 會達到一個點，
在這個點，我們用軟體能夠做的事
其實會受限於我們的硬體。
我們都遇過這樣的挫折： 老式手機或平板電腦
跑得又慢又辛苦，最後停下來，
因為裝在上面的軟體更新 和新功能帶來的負擔越來越大。
但不久前我們剛買來的時候 用起來還挺好的。
但飢渴的軟體工程師
隨時間吃光了全部的硬體能力。
半導體產業非常清楚這個狀況，
且在努力投入各種創意解決方案，
比如超越電晶體，採用量子計算，
或甚至在替代架構當中 使用電晶體，
比如類神經網路，
以製造出更穩健且有效率的電路。
但這些方法都要花相當的時間，
針對這個問題，我們真的期望 能有更立即的解決方案。
電晶體微型化的速度 之所以慢下來的原因
是因為製程的複雜度不斷增加。
電晶體以前是大型笨重的裝置，
直到以純晶體矽晶圓為基礎的
積體電路被發明出來。
持續發展了五十年後，
現在我們可以把電晶體尺寸
縮小到只有十奈米。
你可以把超過十億個電晶體
放入一平方毫米的矽當中。
更清楚來說，
一根人類頭髮的寬度是一百微米。
一個紅血球細胞， 基本上是看不見的，
寬度是八微米，
所以，一根人類頭髮的寬度 約可放十二個紅血球細胞。
但，相對之下，電晶體更小，
寬度只有一微米的一小部分。
大約兩百六十個電晶體排在一起
才等同一個紅血球細胞的寬度，
或者，三千個電晶體排在一起， 才等同一根人類頭髮的寬度。
現在就在你口袋裡的奈米科技 真的很不可思議。
明顯的益處是能夠
在晶片上放更多較小的電晶體，
此外，較小的電晶體 也是較快的開關，
且較小的電晶體也是 比較有效率的開關。
所以，這種組合讓我們可以
取得成本較低、性能較佳、 效率較高的電子產品，
讓我們現今可以享用。
要製造積體電路，
電晶體要一層一層打造
在純晶體矽晶圓上。
用極度簡化的方式來表示，
電路的每一項小特徵都會被投影
到矽晶圓的表面上，
記錄在光敏感的材料中，
接著透過光敏感的材料進行蝕刻，
在下方的各層留下圖案。
這些年來，這個流程 已經被大大地改善，
讓我們現今使用的電子產品 能有這樣的效能。
但，隨著電晶體的特徵 變得越來越小，
我們已經越來越接近
這項製造技術的實體極限。
做這種曝影的最新系統
已經複雜到
據稱每台機器的成本要超過一億美元。
半導體工廠有數十台這類機器。
所以，大家會質疑： 長期來看，這種方式可行嗎？
但，我們相信我們可以用完全不同
且更有成本效益的方式來製造晶片，
將分子工程以及模仿自然的方式
運用到我們奈米尺度的電晶體上。
如我前面說過的，傳統製造方式 是把電路的微小特徵
投射到矽上面。
但如果你去看積體電路的結構，
電晶體陣列，
許多特徵其實被重覆了數百萬次。
它是種高度週期性的結構。
所以，我們想要把這種週期性
應用到我們的替代製造技術。
我們想要用自組裝的材料，
來自然形成我們的電晶體
所需要的週期性結構。
我們用適當的材料，
由材料來做難做的精緻圖形，
而不是把投影技術 推到極限或極限之外。
在大自然的許多地方 都可以看到自我組裝的例子，
從脂質膜到細胞結構，
因此，我們知道它可以是個 穩健的解決方案。
如果它對大自然來說夠好了， 那對我們來說應該也夠好了。
所以我們想要把這種大自然本有的 穩健的自我組裝方法
用在製造半導體的技術上。
其中一種自組裝材料——
叫做嵌段共聚物——
含有兩個聚合物鏈， 長度只有幾十奈米。
但這些鏈痛恨彼此。
它們會互相排斥，
很像油和水，或是 我十幾歲的兒子和女兒。
（笑聲）
我們用蠻力將它們結合在一起，
由於它們彼此互斥，
所以就就形成了內建的阻撓系統。
有大批這樣的材料，有數十億種，
類似的材料試圖黏合在一起，
而與此同時，對立的材料 則試圖與彼此分開。
這系統內建著阻撓與拉力。
它會到處移動、蠕動，直到成形。
自然自組的形狀小到奈米級，
它有規律，有週期性，範圍很長，
正如電晶體陣列所需。
這樣我們就可以使用分子工程
來設計不同大小的不同形狀，
以及不同的週期。
比如，以一個對稱的分子為例，
在這個分子中， 兩個聚合物鏈的長度相近，
形成的自然自組結構
是一條很長且蜿蜒的線，
非常像是指紋。
而指紋線的寬度
和它們之間的距離
是根據我們聚合物鏈的 長度來決定的，
此外系統內建的阻撓程度 也是一個決定因子。
如果我們能使用不對稱的分子，
我們甚至可以創造出 更精緻的結構，
不對稱的意思就是 兩條聚合物鏈的長度明顯不同。
在這個情況下形成的自組裝結構，
比較短的鏈會在中心 形成一個緊實的球，
它的周圍則是較長、 對立的聚合物鏈，
形成一個自然的圓柱。
這個圓柱的大小
以及圓柱間的距離，即週期性，
同樣也是取決於我們 製造的聚合物鏈的長度，
以及內建的阻撓程度。
換言之，我們用分子工程
來自組奈米尺度的結構，
可以根據我們的設計來形成線條、 圓柱大小和週期不同的結構。
我們利用化學、化學工程，
將我們需要的奈米特性 製作在電晶體上。
但，自主組裝這些結構的能力
只能帶我們走到半路，
因為我們仍然需要 將這些結構放置在適當的位置，
而這些位置，就是我們希望 電晶體在積體電路中擺放的地方。
但我們能相對輕易地做到，
只要運用大範圍的指引結構，
將自組裝結構引導到
我們指定的固定位置，
迫使其餘的自組結構平行排列，
如此就能依照我們的建構方式 完成結構的組建。
比如我們想做一條 四十奈米長的細線，
很難用傳統的投影技術來製造，
但我們可以製造一個 一百二十奈米的結構引導通道，
用一般的投影技術就辦得到，
這個通道結構中會有
三條四十奈米互相對齊的線。
如此，材料才能完成 最困難的精緻曝影。
我們把這整個方法叫做 「引導式自組裝」。
引導式自組裝的挑戰在於
整個系統需要近乎完美地 符合我們要的排列方式，
因為結構中若有任何微小的瑕疵，
都可能會造成電晶體故障。
因為我們的電路上 有數十億個電晶體，
我們需要一個接近 分子等級的完美系統。
但我們需要用到非常精準的量測工具 才能達成這個目標，
從化學的清潔，
到半導體工廠小心處理這些材料，
到移除最小的奈米尺度瑕疵。
所以，引導式自組裝是種 讓人興奮的顛覆性新技術，
但它還在開發階段。
但我們越來越有信心可以真的
把它引入到半導體產業，
做為一種革命性的新製程，
且在接下來幾年就可以做到。
如果我們能做到，如果我們成功，
我們將能夠把電晶體的 成本效益繼續微型化 ，
繼續將計算能力大大擴展，
並帶來數位革命。
不只如此，這甚至可能是
分子製造新紀元的黎明。
這多酷啊？
謝謝。
（掌聲）