Наука и техника | Сумма технологий | Русская микросхема

Изобретение владивостокских ученых в 1000 раз повышает быстродействие компьютеров

Переход к троичной вычислительной системе знаменует рождение нового поколения электронных технических систем с элементами искусственного интеллекта. Базовый элемент ее уже разработан и запатентован учеными Владивостока. Разработчики уверены: малошумный широкополосный усилитель тока (МШУТ) Олексенко — Колесникова — это технологическая независимость нашей страны.

Сегодня возрождение отечественной микроэлектроники имеет высший приоритет, поскольку, по сути, она становится рычагом удержания мирового технического, финансового, политического и военного господства. Резкий рост технологической оснащенности промышленности передовых стран на базе освоения высоких технологий привел к тому, что технологическое отставание российской промышленности достигло критического уровня. Чтобы переломить ситуацию, в последние годы в промышленной политике электронике стало уделяться большое внимание.

Так, в принятой летом этого года «Стратегии развития электронной промышленности России на период до 2025 года» главной задачей была признана необходимость уже в ближайшие годы обеспечить отечественными микросхемами основные отрасли — потребители продукции электроники, включая воздушный, морской и наземный транспорт, ракетно-космическую технику, машиностроительное, энергетическое оборудование, вычислительную технику, системы управления, навигации, связи и информатики, медицинскую технику, образование, экологический контроль. Стратегия предусматривает инвестиции в объеме свыше 250 млрд рублей и в первую очередь—на разработку и организацию выпуска отечественной электронной компонентной базы. Вот таким базовым электронным компонентом и может стать «русская микросхема».

Мал, да удал

На прошедшей в Москве 5-й международной выставке по электронике, микроэлектронике и компонентам «ChipEXPO-2007» изобретенная учеными НИИ информационных технологий (г. Владивосток) микросхема была признана победителем. Как рассказал «ЕПР» Константин Радчук, заместитель генерального директора по инновационным технологиям института, «русская микросхема» имеет уникальные параметры, намного превышающие параметры зарубежных аналогов, а в цифровой технике — это единственный в мире электронный компонент, положенный в основу fuzzy--процессоров.

В качестве fuzzy-сумматора МШУТ позволяет уже сегодня создавать вычислительные машины на троичной логике—логике человеческого мышления. Разработанный чип можно разглядеть только под микроскопом. Между тем он позволяет более чем в 1000 раз увеличить скорость обработки информации, а также создавать самообучающиеся кибернетические программы и схемы для работы в диалоговом режиме.

Электроника, как известно, опирается на два основных понятия: ток и напряжение. Все усилители, начиная с ламповых триодов, изготавливались на принципах управления напряжением, что стало догмой. При этом развитие микроэлектроники имеет теоретический предел, обусловленный конструктивной сложностью, снижением надежности, потребляемой мощностью. Проблема преодоления данных ограничений может быть решена лишь с применением совершенно нового подхода — технологии 501 (кремний на диэлектрике) и переходом на управление током.

Хорошо забытое старое

Первая малая троичная ЭВМ «Сетунь» была разработана Николаем Брусенцовым в вычислительном центре МГУ еще в 1959 г. Большой интерес к ним проявили зарубежные компании, однако выпуск был прекращен. Позднее, в 1966-1968 гг. была создана «Сетунь-70», в которой наряду с трехзначной логикой и троичным кодом использовались идеи структурированного программирования Э. Дейкстры. Из-за отсутствия специальных полупроводников первые троичные ЭВМ занимали большое помещение. Хотя было доказано, что троичная логика эффективнее двоичной, однако в аппаратном осуществлении двоичная логика оказалась значительно проще. Мировая электроника и пошла по этому пути, отказавшись от троичной системы.

В 1990-х годах в области троичной логики начали работать владивостокские ученые. Итогом их поиска стало изобретение малошумящего широкополосного усилителя тока Олексенко — Колесникова, который был запатентован в начале 2002 г. Уже в июне того же года были изготовлены экспериментальные образцы интегрального мостового усилителя. Схема включения усилителя, который управляется током, а не напряжением, для многих оказалась неожиданной. Здесь принципиально иные параметры, и прежде всего это сверхчувствительность. Уникальное схемное решение МШУТ даже при современном уровне технологий в микроэлектронике позволяет достигать таких параметров, которые в нанотехнологиях при классической схемотехнике могут быть получены лишь в отдаленном будущем.

Так, у МШУТ отсутствует уход параметров за счет изменения температуры, старения кристалла и пр. К тому же мировая практика сегодня смирилась с шумами: борьба с ними ведется лишь за снижение на 20-40%. Теперь же появилась возможность добиться снижения шумов в 10 раз по сравнению с самыми лучшими мировыми аналогами. Причем без применения специальных схемных, программных методов фильтрации и подавления шумов. И это при обычной температуре! В условиях же криогенной техники шумы можно снизить... более чем в 100 раз. Особенность МШУТ в том, что в его микросхеме на базе единого кристалла кремния одновременно создается автономная автоматическая микросистема обнаружения и активного подавления собственных шумов (кроме квантовых), обеспечивающая высокую чистоту и уровень усиливаемого полезного сигнала. Кроме того, усилитель обладает сверхвысокой радиационной стойкостью.

Новая схема основана на отказе от двоичной логики и переходе к троичной. Третьим элементом помимо «да» и «нет» становится «не знаю». Он в логику традиционных компьютеров сегодня не заложен. Данный системный недостаток оказался столь глубоким, что устранить его с помощью модернизации принципиально невозможно. МШУТ имеет три устойчивых состояния: (-1), (0), (1), что позволяет на его основе как базовом функциональном элементе троичной логики создавать троичные вычислительные системы. Последние позволяют перейти к новому поколению электронных технических систем различного назначения с элементами искусственного интеллекта, а также программным продуктам, обеспечивающим новые функциональные качества и соответственно конкурентоспособность производимой продукции. Тем самым МШУТ позволит России стать равноправным участником международного сотрудничества в сфере высоких технологий.

Fabless-индустрия

В 1980-е годы одновременно с полупроводниковыми фабриками, производящими пластины с микросхемами, возникли т.н. fabless-компании (fab — полупроводниковая фабрика, less — признак отсутствия). Fabless-фирмы перекладывают основные расходы по постройке и поддержанию полупроводникового производства на кремниевые мастерские и упаковочные фабрики.

Согласно данным аналитического агентства IC Insights, доля мирового рынка интегральных схем (ИС) для фирм, не имеющих собственных производственных мощностей fabless-фирмы или дизайн-центры), в 2006 г. достигла 20%, в 2 раза превысив уровень 2000 г. Более того, 16-процентный рост продаж, продемонстрированный fabless-компаниями в 2006 г., значительно выше среднеотраслевого — 9%. Как ожидается, доля fabless-фирм на рынке ИС продолжит рост и достигнет к 2011 г. примерно 25%. В России направление &fabless также активно развивается. Среди российских лидеров — компании «Модуль», «Спирит», «ИМД-Плюс», НИИ информационных технологий.

Источник:
http://www.industry-daily.ru/made-in-russia/14