YouTube

Got a YouTube account?

New: enable viewer-created translations and captions on your YouTube channel!

Hungarian subtitles

← A jövő "önszerelő" számítógépes chipjei

Get Embed Code
26 Languages

Showing Revision 26 created 06/16/2019 by Csaba Lóki.

  1. A számítógépek hajdanán
    szobanagyságúak voltak.
  2. Most ott lehetnek a zsebünkben,
  3. a csuklónkon,
  4. még a testünkbe is beültethetők.
  5. Ugye milyen remek?
  6. Ez a tranzisztorok miniatürizálása
    révén vált lehetségessé,
  7. melyek apró kapcsolók
  8. számítógépeink áramköreiben.
  9. Évtizedeken át tartó fejlődés során
  10. tudományos áttörésekkel,
    a mérnöki munka bravúrjaival
  11. és dollármilliárdok befektetésével
    értük el mindezt.
  12. Ez nagyfokú számítógép-használatot
  13. és nagyméretű memóriát
    hozott el nekünk,
  14. valamint a napjainkban tapasztalható
    és élvezhető digitális forradalmat.
  15. De a rossz hír az,

  16. hogy digitális útzárhoz érkeztünk,
  17. mivel a miniatürizálás sebessége lassul.
  18. Ez éppen akkor történik,
  19. amikor a szoftverújítás
    könyörtelenül folytatódik
  20. mesterséges intelligenciával
    és tömérdek adattal,
  21. amikor eszközeink többnyire arcfelismerést
    és valóság-kiterjesztést végeznek,
  22. vagy akár autókat vezetnek
    megbízhatatlan, kaotikus útjainkon.
  23. Lenyűgöző!
  24. De ha nem tudunk lépést tartani
    szoftvereink étvágyával,
  25. elérhetünk technológiánk
    fejlődésének egy olyan pontjára,
  26. ahol a szoftveresen lehetséges dolgok
  27. hardvereink miatt korlátozottakká válnak.
  28. Mind tapasztaltunk már régi okostelefon
    vagy tablet miatti frusztrációt,

  29. ahogy lassan működik, végül leáll
  30. az egyre gyarapodó szoftverfrissítések
    és új funkciók terhe alatt.
  31. Amikor nem olyan rég megvettük,
    még jól működött,
  32. de a mohó szoftvermérnökök időközben
  33. bekebelezték az egész hardverkapacitást.
  34. A félvezetőipar nagyon is
    tudatában van ennek,
  35. és kreatív megoldásokon dolgozik,
  36. a tranzisztorokon túlhaladva
    a kvantumszámításig,
  37. vagy akár másfajta szerkezeti felépítést
    használva a tranzisztoroknál,
  38. mint amilyenek a neurális hálózatok,
  39. hogy erősebb, hatékonyabb
    áramköröket készítsen.
  40. De ezek a megközelítések időigényesek,
  41. és mi sokkal inkább azonnali megoldást
    keresünk erre a problémára.
  42. A tranzisztorok miniatürizálása lassul,

  43. amit a gyártási folyamatok
    összetettebbé válása okoz.
  44. A tranzisztorok valamikor
    kézzelfogható eszközök voltak,
  45. amíg fel nem találták
  46. a tiszta szilíciumkristály lemezeken
    [ostyákon] alapuló integrált áramköröket.
  47. Ötven év folyamatos fejlődés után
  48. a tranzisztorok méretei
  49. tíz nanométeres dimenziókban járnak.
  50. Egymilliárd tranzisztornál
    is többet tudunk elhelyezni
  51. egyetlen négyzetmilliméter szilíciumon.
  52. Hogy jobban el tudják ezt képzelni,
  53. az emberi hajszál 100 mikron vastag.
  54. Egy lényegében láthatatlan vörösvértest
  55. nyolc mikron átmérőjű,
  56. így 12 férne el belőlük
    a hajszál átmérőjén.
  57. Egy tranzisztor ennél sokkal kisebb,
  58. kis töredéke a mikronnak.
  59. Több mint 260 tranzisztor
  60. férne el keresztbe egy vörösvértesten,
  61. és 3000-nél is több a hajszál átmérőjén.
  62. Hihetetlen nanotechnológia
    van a zsebükben.
  63. Nyilvánvalóan előnyös, ha képesek vagyunk
  64. több kisebb tranzisztort tenni egy chipre,
  65. de emellett a kisebb tranzisztorok
    gyorsabb kapcsolók,
  66. ráadásul hatékonyabbak is.
  67. Vagyis ez a kombináció
    alacsony költségű, nagy teljesítményű,

  68. magas hatékonyságú elektronikát
    nyújt számunkra,
  69. melyet ma mindnyájan élvezünk.
  70. Az integrált áramkörök gyártásához

  71. a tranzisztorokat rétegesen építik fel,
  72. tiszta szilíciumkristály ostyára.
  73. Igen leegyszerűsített formában,
  74. az áramkör minden apró elemét
  75. rávetítik a szilíciumlemez felületére,
  76. és egy fényérzékeny anyagon rögzítik,
  77. majd ezt az anyagot átmaratják,
  78. mintát hagyva az alatta fekvő rétegekben.
  79. E folyamat az évek során
    drámaian fejlődött,
  80. az elektronikának a ma ismert
    teljesítményt nyújtva,
  81. de ahogy a tranzisztorok mérete csökken,

  82. elérjük ennek a gyártási technológiának
  83. a fizikai határait.
  84. A legújabb, e technológiára
    épülő rendszerek
  85. olyan összetetté váltak,
  86. hogy darabonként több mint
    100 millió dollárba kerülnek.
  87. A félvezetőgyárakban
    több tucat ilyen gép van.
  88. Ezért az emberek komolyan megkérdőjelezik:
    Életképes ez a módszer hosszú távon?
  89. De mi hisszük, hogy képesek
    vagyunk chipet gyártani
  90. ettől teljesen eltérő,
    költséghatékonyabb módon,
  91. a természetet utánzó
    molekuláris tervezéssel,
  92. nanoméretű dimenziókban
    állítva elő a tranzisztorokat.
  93. A hagyományos gyártás fogja
    az áramkör minden apró elemét,

  94. és a szilíciumra vetíti.
  95. De ha az integrált áramkör szerkezetét,
  96. a tranzisztortömböket nézzük,
  97. sok jellegzetesség milliószor ismétlődik.
  98. Meglehetősen periodikus a struktúra.
  99. Ebből a tulajdonságból
    előnyt kovácsolhatunk
  100. alternatív gyártástechnológiánkban.
  101. Önszerveződő anyagokat kívánunk használni
  102. a periodikus struktúrák
    természetes formálódásához,
  103. melyekre tranzisztoraink
    miatt van szükségünk.
  104. Anyagokkal valósítjuk meg ezt,
  105. melyek elvégzik a finom mintázatok
    kialakításának nehéz feladatát,
  106. ahelyett, hogy a kivetítési technológiát
    erőltetnénk minden határon túl.
  107. Az önszerveződés a természetben
    több helyen is megfigyelhető,
  108. a lipidmembránoktól a sejtszerkezetig,
  109. úgyhogy tudjuk,
    hogy ez strapabíró megoldás lehet.
  110. Ha elég jó a természetnek,
    számunkra is az kell, hogy legyen.
  111. Szóval, vesszük ezt a robusztus,
    természetes önszerveződést,
  112. és gyártásra használjuk fel
    félvezető-technológiánkban.
  113. Az egyik önszerveződő anyag -
  114. szakaszos kopolimer -

  115. két, egyenként néhány tíz nanométer
    hosszú polimerláncból áll,
  116. amelyek nem férnek össze,
  117. taszítják egymást,
  118. mint az olaj és a víz,
    vagy mint a serdülő fiam és lányom.
  119. (Nevetés)

  120. De mi kegyetlenül összekapcsoljuk őket,

  121. beépített feszültséget
    hozunk létre a rendszerben,
  122. amint próbálnak szétválni egymástól.
  123. Az ömlesztett anyagban
    ezek milliárdjai találhatók,
  124. a hasonló összetevők
    próbálnak együtt maradni,
  125. az ellentétesek pedig
    elkülönülni egymástól,
  126. mindezt egyidőben.
  127. Ez beépített feszültséget
    hoz létre a rendszerben,
  128. amely így mozog, formálódik,
    és végül kialakul.
  129. Ez a természetesen önszerveződő
    forma nanoméretű,
  130. hosszú, szabályos és periodikus,
  131. azaz pontosan olyan, amilyenre szükségünk
    van tranzisztortömbjeink számára.
  132. Így már használhatjuk
    a molekuláris tervezést

  133. különböző méretű és periodicitású
  134. alakzatok létrehozásához.
  135. Ha például veszünk
    két szimmetrikus molekulát,
  136. ahol a két polimerlánc hasonló hosszúságú,
  137. a természetes önszerveződéssel
    kialakult forma
  138. egy hosszú, kanyargós vonal,
  139. amely nagyon hasonlít az ujjlenyomathoz.
  140. Az ujjlenyomatvonalak szélességét,
  141. és a köztük lévő távolságot
  142. polimerláncaink hossza,
  143. valamint a rendszer
    beépített feszültsége határozza meg.
  144. Ennél is kidolgozottabb
    struktúrákat tudunk létrehozni
  145. aszimmetrikus molekulák felhasználásával,

  146. ahol az egyik polimerlánc
    jelentősen rövidebb a másiknál.
  147. Ebben az esetben a kialakult szerkezetben
  148. a rövidebb láncok tömör labdaként
    állnak össze középen,
  149. és őket hosszabb, szemben álló
    polimerláncok veszik körbe,
  150. miközben természetes hengert formálnak.
  151. A henger mérete,
  152. és a hengerek közti távolság,
    a periodikusság
  153. ez esetben is a polimerláncok hosszától
  154. és a beépített feszültségtől függenek.
  155. Más szavakkal, molekuláris tervezéssel

  156. nanoméretű alakzatok
    önszerveződését idézzük elő,
  157. ezek lehetnek terveinknek megfelelő méretű
    és periodicitású vonalak és hengerek.
  158. A kémiát és vegyészmérnöki
    tudásunkat használjuk,
  159. hogy legyártsuk ezeket a nanoméretű
    jellemzőket tranzisztoraink számára.
  160. De az önszerveződő alakzatok
    létrehozásának képessége

  161. csak félútig visz el bennünket,
  162. mivel még el kell helyezni őket
    az integrált áramkörben oda,
  163. ahová tranzisztorokat kívánunk elhelyezni.
  164. Ám ezt viszonylag könnyen el tudjuk érni.
  165. Széles vezetőelemekkel rögzítjük
    az önszerveződő alakzatokat
  166. a kívánt helyre,
  167. fennmaradó részüket pedig
  168. párhuzamos helyzetekbe kényszerítjük,
  169. a vezetőelemekhez igazítva.
  170. Például, ha egy vékony,
    40 nanométeres sort akarunk,
  171. amelyet elég nehéz legyártani
    a hagyományos vetítési technológiával,
  172. a normál vetítési technológiával
  173. legyárthatunk egy 120 nanométeres
    vezetőstruktúrát,
  174. ami három 40 nanométeres
    sort fog létrehozni a vezetősávok között.
  175. Így az anyagok végzik
    a legnehezebb finom-mintázást.
  176. Ezt a megközelítést nevezzük
    "irányított önszerveződésnek".

  177. A kihívás benne, hogy az egész rendszernek
  178. majdnem tökéletesen kell igazodnia,
  179. mivel egy apró hiba is
    tranzisztor-meghibásodást okozhat.
  180. Mivel áramkörünkben
    tranzisztorok milliárdjai találhatók,
  181. molekulárisan majdnem tökéletes
    rendszerre van szükségünk.
  182. Rendkívüli intézkedéseket fogunk tenni,
  183. hogy ezt elérjük,
  184. a kémiai tisztaságtól
  185. az anyagok gondos előállításáig
  186. a félvezetőgyárban,
  187. hogy eltávolítsuk még a legkisebb
    nanoméretű hibát is.
  188. Az irányított "önszerelés" tehát
    izgalmas, új szemléletű technológia,

  189. ám egyelőre még
    fejlesztési stádiumban van.
  190. De egyre erősebb a meggyőződésünk,
  191. hogy forradalmian új gyártási folyamatként
  192. mutatjuk majd be a félvezetőiparnak
  193. néhány év múlva.
  194. Ha ezt elérjük, ha sikerül,
  195. képesek leszünk folytatni
  196. a tranzisztorok költséghatékony
    miniatürizálását,
  197. továbbfejleszteni a számítástechnikát,
  198. így új lendületet adni
    a digitális forradalomnak.
  199. És mi több, ez egy új kor
    hajnalát jelentheti
  200. a molekuláris tervezésben.
  201. Ugye milyen remek?
  202. Köszönöm.

  203. (Taps)