Počítače, které přežijí i peklo na Venuši

Te-Hao Lee, Swarup Bhunia a Mehran Mehregany již vytvořili elektromechanické přepínače, které se mohou stát základem složitějších logických obvodů. Vědci prohlásili, že se inspirovali především dílem Charlese Babaggea, který se pokusil o konstrukci párou poháněného mechanického počítače již v 1. polovině 19. století, neuspěl ovšem především kvůli tehdejší úrovni zpracování ocelových součástek pro jeho „obvody“.

Základem výrobního postupu mechanických přepínačů byla elektronová litografie. Jako materiál vědci zvolili tepelně velmi stabilní karbid křemíků (SiC). Spínače mají velikost několika stovek nanometrů a byly do karbidu vyleptány pomocí plynného fluoridu sírového (SF6). Testování při teplotě 500 C přestály přepínače bez závad a údajně nedošlo ani ke snížení jejich výkonu.

Stávající tranzistory přestávají fungovat při 250 C (nebo i dříve), kdy se elektrony začnou chovat chaoticky a přenášená informace se ztrácí v teleném šumu. Mechanické spínače nejsou na chování elektronů při vysokých teplotách tolik závislé, ačkoliv tato architektura má přirozeně zase jiné nevýhody (hlavně samotná přítomnost pohyblivých části, dále asi i rychlost).

Pro samotný přenos informace se i v tomto počítači využívá elektronů, na rozdíl od Babbageova konceptu nejde o čistě mechanický, ale elektromechanický systém. Proud se ale zapíná či vypíná mechanickým sepnutím – podobně jako u běžného vypínače. V porovnání s klasickým tranzistorem stačí k provozu nižší napětí. Stávající experimenty údajně ukázaly, že u těchto přepínačů lze dokonce docílit i vyšší hustoty logických hradel než v současných tranzistorech optimalizovaných pro provoz při co nejvyšších teplotách. Pro kosmický výzkum je klíčové, že obvody z karbidu křemíku jsou odolné také vůči záření.

Co se týče rychlosti/frekvence, přepínače se dokázaly sepnout a rozepnout 500 000krát za sekundu. Problémem je ovšem zatím jejich trvanlivost. Z dosud neznámých důvodů se rychle opotřebovávají a po přibližně 2 miliardách cyklů přestávají fungovat. Vědci ovšem pracují na tom, aby zvýšili jejich odolnost a samozřejmě i pracovní frekvenci. Současně se pro budoucí počítač vyvíjí další nutný prvek, paměť.

Tepelně odolné počítače by se velmi hodily třeba při průzkumu povrchu Venuše, kde podmínky připomínají z pohledu pozemšťanů peklo. Údajně se ale uvažuje i o tom, že by podobné systémy mohly najít uplatnění i v datových centrech. Vyšší teplotní odolnost by odstranila potřebu nákladného chlazení.

Článek vědců byl publikován v prestižním časopisu Science.

Zdroj: Eurekalert.org

Poznámka: Počítače používané při kosmických misích neohrožuje ovšem jen teplota a radiace, oproti pozemským podmínkám se někdy musí vypořádat třeba i s vakuem nebo velkým zrychlením (což se právě pro mechanické spínače zdá být potenciálně docela problém). Na toto téma viz např. starší článek na Scienceworldu.