A számítógép-nano egy neologizmus mely új koncepciók és rendszerarchitektúrák IT és a digitális elektronika . A szilícium technológián vagy a radikális alternatívákon alapuló sajátosságuk az, hogy magukat a molekulákat (részben vagy egészben) kiaknázzák a jövő számítógépeinek alapvető elemeiként . Gazdasági és technikai okokból fejlődésüket elkerülhetetlennek tartják.
A félvezetők az elmúlt 50 évben támogatták a számítógépek fejlődését. Fél évszázad alatt az integrált áramkörök teljesítménye folyamatosan nő. De ezek az előadások elkerülhetetlenül elérik fizikai határaikat. Mi lesz akkor az egyre erősebb és egyre jelenlévő rendszerek új fejlesztési útja?
Ennek a kérdésnek a lényege Moore törvényének sorsában és a mikroelektronikáról a nanotechnológiára való áttérésben rejlik .
A félvezetők az elmúlt fél évszázadban elősegítették a számítógépek fejlődését. 2020 előtt ez a hardver technológia a fizikai határokig fejlődik. Ezután vagy gépeink véglegesen elérik aszimptotikus erejüket, és az egyetlen jövőbeli előrelépés az alkalmazásinnovációhoz fog kapcsolódni, vagyis az egyetlen előrelépés a szoftverekben és az adott technológia használatának módjában (ez a pesszimista forgatókönyv). ), vagy lesz egy radikális helyettesítési technológia, amely ismét lehetővé teszi a hardver és az alkalmazások teljesítményének együttes javítását.
A computer-nano egy széles interdiszciplináris terület, amely különböző, egymást kiegészítő vagy egymással versengő technológiákat egyesít, mint például a nanocsövek használata molekuláris tranzisztorokban, számítógépes DNS ( DNS Computer ), kvantuminformációs rendszerek (vö. Kvantumszámítás ) ... ipari felhasználás A "nano-számítástechnika" kifejezés magában foglalja a XXI . század elektronikai és információs iparának egyedi gyártási folyamatait is : lézeres nanoszekundum, femtoszekundumos lézer, attoszekundumos lézer.
A Computer nano jelentős átalakulást vezet be az üzleti életben és a mindennapi életben (hasonlóan az ő idejében végrehajtott tranzakciós adatokhoz és PC-hez): a kódolási tevékenységekre és a vállalatok rendszereinek megvalósítására gyakorolt hatás, a gazdasági lehetőségek, a szakmák változásai stb.
Az első nanometrikus komponensek (vagyis a molekula méretarányában, ahol a kvantumjelenségek működnek) már megjelentek laboratóriumunkban. Tudatában ennek a technológiának a létfontosságú mivoltával, a szilíciumipar főbb üzemeltetői ( Intel , IBM stb.) A szakterület legnagyobb úttörői közé tartoznak. Különösen a szén nanocsövek ágazatait vizsgálják .
De ami a laboratóriumi próbapadokon egységnyi méretben elérhető, az még mindig nem alkalmazható komplex áramkörökben és még kevésbé az ipari termelés szempontjából. A fő ok az, hogy nehéz több száz millió ilyen eszközt egyetlen chipbe integrálni, hasonlóan a jelenlegi mikroprocesszorokhoz (ne feledje, hogy 2015-ig 15 milliárd tranzisztort telepítenek). "Ezután ugyanazon a chipen kell integrálni" .
A nanotechnológia a kifejezés történelmi értelmében nem csupán molekuláris dimenziójú tárgyak gyártásáról szól. Az alapgondolat az élettudományoktól kölcsönzi az önszerveződés elvét komplex rendszerekbe. Vagyis olyan elemi téglák, amelyek az eszköz rendeltetési helyétől függően összetettebb eszköz formájában képesek összeszerelni magukat egy egyszerű külső makroszkopikus utasításból. Ez a fő kihívás és a vitatott viták forrása, amelyek a mai napig táplálják a tudományos és műszaki színteret.
Mivel a természet képes ilyen gépeket építeni, és mivel a molekuláris biológia és a géntechnológia már vizsgálta ezeket az elveket, a jövő számítógépei előtt egy másik út is megnyílik: a szerves molekuláris elektronikaé, amely olyan élő anyagokat hasznosít, mint például egy fehérje , és újra felhasználja mesterséges környezetben, például számítási vagy memóriafunkció biztosítására.
A tranzisztoros térhatás nanocsövekig ( CNFET vagy " Carbon Nanotube Field Effect Transistor ") egy félvezető típusú nanocsövet használ csatornaként, amelyen keresztül az elektronok szabályozottan közlekedhetnek, attól függően, hogy alkalmazható-e vagy sem, potenciálkülönbség egy harmadik elektróda .
A kapuelektródra alkalmazott vezérlőáram lehetővé teszi például a forrás-leeresztő csatorna vezetőképességének egymilliós és még nagyobb mértékű változtatását, akárcsak egy hagyományos szilíciumszektorból származó FET tranzisztor.
Ezek az eszközök komponensenként csak egy molekulát vagy nagyon kis számot használnak. Ez egy hibrid folyamat , mivel az elektronikus áramkör úgy jön létre, hogy az elemi molekulakomponenseket (azaz "egyenértékű-tranzisztorokat", amelyek mindegyike egyetlen molekulával készül) - apró fémes vezetőszálak kötik össze .
Ez a megközelítés egy olyan élő anyag tulajdonságait használja fel, amikor a biológiai molekulákat természetes környezetükből vonják ki, és idegen környezetben használják fel újból mesterséges felhasználásra. Ezért egy élő anyagot teljesen „nem biológiai” célokra használunk.
Az új tárolóeszközök kifejlesztése, amelyek képesek több tíz terabájt tárolására apró, néhány cm 3 -es kockákban (adatkocka), ennek az ágazatnak az egyik úttörő alkalmazása. Kihasználva a tulajdonságait bakteriorodopszin , egy fényérzékeny fehérjét , található, a membrán a halobacteria . Ez képes a konvertáló fényenergia a kémiai energia , pontosabban a transzlokációs egy proton , miután megkapta a foton ( protonpumpa ). Ez a tevékenység az eredeti állapot és egy köztes állapot közötti átmeneten alapul, amelyet egy foton gerjeszt. Izgalom után a fehérje csak egy bizonyos ideig fenntartja önmagát a köztes állapotban, mielőtt visszatérne eredeti állapotába. Helyi irányú mutagenezissel azonban a bakteriorhodopsin új verziója szintetizálható, amely megtartja a köztes állapotot ahelyett, hogy spontán módon visszatérne eredeti állapotába.
A bakteriorodopszin érdekes az adattároló ipar számára , amennyiben rendkívül kis méretű, bináris információs tároló egységként szolgálhat, amelyet fényimpulzusok vezérelhetnek ( molekulánként egy bit sebességgel, egy 12 centiméteres lemezátmérő 20-50 TB-ot tartalmazhat ). .
Az elkövetkező évtized számítógépén tehát radikális változás zajlik. A hagyományos félvezetők generációjától örökölt új processzorok fokozatosan keresztezik az organikus technológiákból kölcsönzött vagy az első molekuláris komponensekkel felszerelt architektúrákat . Az emlékek a miniatürizálás molekuláris skáláján ugyanazt az utat fogják követni. A tömegtárolók most három dimenzióban (fehérjékben vagy kristályokban) tárolják azt, amit korábban két dimenzióban tároltak egy optikai vagy mágneses lemez felületén. De ezek a mágneslemezek, mint a szilícium-alkatrészek, ennek ellenére tovább fejlődnek a kvantumjelenségek kiaknázásával.
A mobilitás egy másik igényt vezet be: az energetikai függetlenségbe. A vegyi elemek lemerültek, mint egy papírlap, könnyűek és egyre erősebbek. A környező és egymással kommunikáló tárgyak új generációja új megközelítéseket kutat: ATP- molekulákat - például élőlényeket, égési mikromotorokat vagy akár a hagyományos akkumulátoroktól távol álló - atommikroakkumulátorokat használó tápegységeket .
Ezek a valós világ mélyén elterjedt környezeti mikroobjektumok a legtermészetesebb módon képesek kommunikálni egymással és a felhasználókkal. Ez azt jelenti, hogy a felhasználók és a gép közötti interfészek már nem korlátozódnak egyszerű billentyűzeteinkre, egereinkre és képernyőinkre, hanem most az öt érzékünket használják. Egyes interfészek még mentesek is ezen érzékek átélésétől, mivel az idegrendszer vagy a telepatikus vezérlés már valóság. Nem a szem lát, hanem az agy!
Az apró és heterogén objektumok hatalmas hálózata, amely az elosztott kapilláris rendszerek új generációját alkotja ( Ambient Intelligence vagy környezeti tárgyak hálózatai), új jövőképet vet fel a szoftverekről . Az informatikai szakmáknak alkalmazkodniuk kell. Az alkalmazások fejlesztése és karbantartása már nem korlátozódik egy hosszú élettartamú véges programkészletre, hanem figyelembe kell venni az egymással kölcsönhatásban lévő, hihetetlen sokféleségű és olyan kontextusban lévő mikrorendszerek széles körét, ahol, mint az élő világban ismét az instabilitás és az evolúció a szabály.