Кто-то сказал однажды: «Понять – это привыкнуть и уметь пользоваться». Взять, к примеру, карманные калькуляторы. Кого удивишь ими в наши дни? Мы сегодня настолько привыкли к научно-техническим чудесам, что завтра, пожалуй, и не удивимся, прочтя в газете: «Специалистам удалось создать компьютер, который по своим размерам, функциональным возможностям, сложности сравним с живой клеткой...» А между тем рядом с нами живут и работают настоящие кудесники. Например, в одной из лабораторий Института электронных управляющих машин.

...На первый взгляд это самая обычная лаборатория. На столах микроскопы, разноцветные блоки электронной аппаратуры, кипы отчетов. И все-таки эта лаборатория особенная. Здесь специалисты впервые вместо слова «радиолампа» стали говорить «транзистор». Здесь разрабатывали новые конструкции транзисторов и делали первые в Союзе малые, средние и большие интегральные схемы, изобрели бесконтактный детектор для обнаружения неисправностей в них, занимались устройствами машинной памяти...

– Интегральная схема, – говорит руководитель лаборатории доктор технических наук В. Ф. Дорфман, – это полупроводниковый кристалл, который содержит в себе сотни тысяч, а порою и миллионы активных элементов – триодов, диодов, конденсаторов... Все эти элементы благодаря методам современной технологии удается сделать настолько крошечными, что их и в микроскоп не всегда разглядишь. Ведь сам-то кристалл – видите? – не больше ногтя на мизинце...

Особого впечатления этот кристаллик не произвел. На вид весьма невзрачен.

– Пользуйтесь случаем, – сказали мне в лаборатории. – Можете, что называется, воочию увидеть потоки информации.

Я приник к окулярам микроскопа и увидел... мыльные пузыри, гонимые ветром.

– Вот эти, как вы их назвали, «мыльные пузыри», есть домены – одинаково ориентированные магнитные области гранатового кристалла, – объяснили мне. – Изменение границы каждого домена, его перемещение – следствие переработки информации в электромагнитном поле. Таким образом, вы действительно имели возможность как бы видеть информацию...

Микросхемы магнитной памяти – лишь один из примеров микроминиатюризации электронной техники. Те же ЭВМ, что вчера занимали огромные машинные залы, завтра мы будем искать, как пропавшую иголку: «Ведь только что тут была...»

Однако ничто не дается даром. Запах жасмина оплачен химической энергией растения, журчание ручейка – энергией бегущей воды, голубизна неба – фотонами солнечного света. Это же утверждение справедливо и для процессов переработки информации искусственно созданными электронными устройствами. Чем быстрее мы хотим обработать полученные данные, тем выше должна быть плотность электронных элементов – их количество на единице площади.

Уменьшение размеров электронных приборов имеет двоякую цель. Компактность хороша не только сама по себе, но еще и тем, что повышает быстродействие устройств. Но, уменьшая размеры электронных устройств, мы должны сохранять их мощность. Существуют минимальные порции, как бы кванты энергии, ниже которых мы опуститься не можем, поскольку они соответствуют порогу восприятия наших чувств. А сохранение мощности, в свою очередь, приводит к повышению плотности энергии, выделяемой в единице объема...

То есть, говоря проще, здесь мы сталкиваемся примерно с такой ситуацией. Представьте себе толпу гуляющих по площади людей. Сквозь эту толпу нужно проехать группе велосипедистов. Если площадь велика, толпа не очень густа, велосипедисты проезжают без особого труда. Но если площадь уменьшать. толпа станет гуще, и в какой-то момент времени задача велосипедистов станет просто невыполнимой.

Теперь заменим пешеходов атомами твердого тела, велосипедистов – электронами, и мы получим примерное представление о процессах электромиграции. С уменьшением размеров проводящих путей наступает момент, когда ионы металла или полупроводника, влекомые «электронным ветром» – потоками электронов, – покидают свои места и начинают двигаться в ту же сторону, куда «текут» данные. А в итоге информация – понятие, казалось бы, не материальное – разрушает своими потоками и тугоплавкий вольфрам и золото, которое в толще горных пород успешно выдерживает термические и химические воздействия в течение миллионов лет!

Впрочем, ситуация не так уж удивительна, если мы обозначим ее языком цифр. Проводники современных интегральных схем имеют ширину в 100, а толщину в 1000 раз меньше человеческого волоса. По ним течет ток в тысячные доли ампера. Но если мы поделим величину тока на площадь поперечного сечения проводника, по которому он течет, то получим, что плотность тока – миллионы ампер на квадратный сантиметр! Понятно, что такая мощь «сдувает» атомы с такой же легкостью, с какой ветер гонит по улице тополиный пух. И проводник через несколько недель, суток, а то и часов выходит из строя.

Что делать? Неужели микроэлектронные приборы сегодня достигли таких размеров, что меньше быть уже не могут? Нет, выход из положения есть. И не один.

Во-первых, уже сегодня в некоторых микросхемах часть кристалла занимает система, контролирующая «самочувствие» всех элементов. При необходимости в дело вступают резервные элементы, ток начинает течь обходными путями. А это, конечно, продлевает срок службы микросхем.

Во-вторых, на смену привычным электронам в ряде случаев приходят другие частицы, например, фотоны света. Голография, волоконная оптика, оптические вычислительные машины – вот еще один путь совершенствования умных машин.

В-третьих, успехи генетической или генной инженерии позволяют надеяться, что в будущем элементы для микро-ЭВМ будут не делать, а... выращивать! Уже вошел в употребление новый научный термин – бионика. Ученые предлагают использовать патенты живой природы для создания новых полупроводниковых материалов, для изготовления микросхем – методы, которые подобны процессам сборки живых структур в клетке. Такие структуры весьма малы. Так, например, «устройства» живой природы, отвечающие за фотосинтез в зеленом листе, имеют размеры порядка 10 нанометров. То есть на одном квадратном миллиметре помещается более миллиарда таких элементов. Еще плотнее – до 3000 миллиардов! – упакованы элементы внутри нервной клетки – нейрона...

Вот какие сложности стоят за словами: «...Компьютер размером в живую клетку». Но они будут, несомненно, преодолены. Тридцать лет назад никто, верно, себе и представить не мог, что громоздкие шкафы электронной аппаратуры можно «упаковать» в крошечный кристаллик размером в ноготь мизинца. Так что же принесут нам следующие десятилетия? Поживем – увидим. Творцы повседневных чудес покажут нам и это.

Представьтесь или зарегистрируйтесь, чтобы участвовать в обсуждении.