La macchina a stati finiti di nanofili (in falsi colori) fabbricata da nanofili assemblati occupa la piccola regione centrale del chip con tutte le altre caratteristiche corrispondenti alle linee metalliche utilizzate per testare il sistema integrato. Credito:Jun Yao e Charles Lieber, Università di Harvard.
Un team interdisciplinare di scienziati e ingegneri della MITRE Corporation e dell'Università di Harvard ha compiuto passi fondamentali verso sistemi di computer elettronici ultra-piccoli che si spingono oltre l'imminente fine della Legge di Moore, che afferma che la densità del dispositivo e la potenza di elaborazione complessiva per i computer raddoppieranno ogni due o tre anni. In un articolo che apparirà questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , il team descrive come hanno progettato e assemblato, dal basso verso l'alto, un funzionamento, computer di controllo ultra-minuscolo che è il sistema nanoelettronico più denso mai costruito.
L'ultra-piccolo, Il processore di controllo a bassissima potenza, definito macchina nanoelettronica a stati finiti o "nanoFSM", è più piccolo di una cellula nervosa umana. È composto da centinaia di transistor a nanofili, ognuno dei quali è un interruttore circa diecimila volte più sottile di un capello umano. I transistor a nanofili consumano pochissima energia perché sono "non volatili". Questo è, gli interruttori ricordano se sono accesi o spenti, anche quando non viene loro fornita alimentazione.
Nel nanoFSM, questi nanointerruttori sono assemblati e organizzati in circuiti su più "piastrelle". Insieme, le tessere instradano piccoli segnali elettronici intorno al computer, consentendogli di eseguire calcoli ed elaborare segnali che potrebbero essere utilizzati per controllare piccoli sistemi, come minuscoli dispositivi medico-terapeutici, altri minuscoli sensori e attuatori, o anche robot delle dimensioni di un insetto.
Nel 2011, il team MITRE-Harvard ha dimostrato una singola piastrella così piccola in grado di eseguire semplici operazioni logiche. Nella loro recente collaborazione hanno combinato diverse tessere su un singolo chip per produrre un complesso unico nel suo genere, nanocomputer programmabile.
"È stata una sfida sviluppare un'architettura di sistema e progetti di nanocircuiti che racchiudessero le funzioni di controllo che volevamo in un sistema così piccolo, "secondo Shamik Das, capo architetto del nanocomputer, che è anche ingegnere principale e capogruppo del gruppo Nanosystems di MITRE. "Una volta che abbiamo avuto quei disegni, anche se, i nostri collaboratori di Harvard hanno fatto un ottimo lavoro innovando per poterli realizzare."
La costruzione di questo nanocomputer è stata resa possibile da significativi progressi nei processi che assemblano con estrema precisione densi array dei numerosi nanodispositivi necessari. Questi progressi hanno anche permesso di produrre più copie del nanoFSM, utilizzando un approccio innovativo in cui, per la prima volta, nanosistemi complessi possono essere assemblati economicamente dal basso verso l'alto in stretta conformità a un progetto preesistente. Fino ad ora, questo potrebbe essere fatto utilizzando i costosi del settore, metodi di produzione litografica top-down, ma non con il montaggio dal basso verso l'alto.
Per questa ragione, il nanoFSM e i mezzi con cui è stato realizzato rappresentano un passo avanti verso l'estensione della tendenza di cinque decenni molto importante dal punto di vista economico nella miniaturizzazione secondo la legge di Moore, che ha alimentato l'industria elettronica. A causa delle limitazioni sui suoi metodi di fabbricazione litografica convenzionali e sui transistor convenzionali, molti esperti del settore hanno suggerito che la tendenza alla Legge di Moore potrebbe presto finire. Alcuni affermano che ciò potrebbe verificarsi in appena cinque anni e avere conseguenze economiche negative, a meno che non vi siano innovazioni sia nel dispositivo che nelle tecnologie di fabbricazione, come quelli dimostrati dal nanoFSM.
James Ellenbogen, capo scienziato per le nanotecnologie al MITRE ed esperto nello sviluppo di computer integrati su scala nanometrica, disse, "Il nanoFSM e i nuovi metodi che sono stati inventati per costruirlo non sono la risposta completa per l'industria. Tuttavia, Credo che incorporino importanti passi avanti in due delle aree chiave su cui si è concentrata l'industria elettronica per estendere la legge di Moore".
Oltre a Das ed Ellenbogen, il team di sviluppo di MITRE includeva James Klemic, direttore del laboratorio di nanotecnologia della società. I ricercatori di MITRE, un pioniere nel campo delle nanotecnologie dal 1992, hanno collaborato con un team di tre persone ad Harvard, guidato da Charles Lieber, un ricercatore di nanotecnologie leader a livello mondiale.
