Novi poluprovodnici će omogućiti razvoj prvih, pravih 3D čipova

Septembra meseca ove godine, kompanije 3M i IBM su najavile, da te dve firme planiranju da se udruže u razvijanju posebnog lepka, koji će omogućiti da se poluprovodnici gusto pakuju u silikonske „kule“ (pogledati video). Cilj im je da naprave nove tipove materijala, koji bi omogućili da se naprave, po prvi put, komercijalni mikroprocesori sastavljeni od 100 ravni. Svaka ravan bi sadržala po jedan čip.

Kompanije IMB i 3M, razvijaju novi tip „elektronskog lepka“ koji će se koristi za pravljenje „kule“ sastavljene od poluprovodnika – 3D čip. Lepak, prikazan plavom bojom na slici, povezuje čak do 100 odvojenih čipova, a u isto vreme izvlači toplotu koja se stvara u njima, prilikom operativne upotrebe. Ova inovacija bi mogla da dovede do proizvodnje mikroprocesora koji su i do 1000 puta jači od današnjih PC čipova.

Ovaj nivo „pakovanja“ bi omogućio dramatično veći nivo integracije ili rečeno prostije, kompjuteri bi mogli biti znatno manji i jači nego što je to, sada, slučaj. To bi, praktično, značilo da bi procesori bili gusto pakovani sa memorijom i mrežnim uređajima, u svojevrsne „blokove“ silikona. Ovi blokovi bi tada predstavljali i do 1000 puta brže kompjuterske čipove, nego što imamo danas. Jasno je da bi sa tim poboljšanjem dobili, celu paletu novih, bržih i jačih uređaja – PC kompjutere, tablet kompjutere, smartphone uređaje…

Ovaj proizvod bi mogao da doprinese velikom napretku u današnjim pokušajima da se procesori pakuju vertikalno – poznato kao 3D pakovanje. Sadašnja istraživanja se bore sa nezgodnim tehničkim problemima koja, u stvari, onemogućuju pravi prelaz na trodimenzionalnu formu čipova. Na primer, novi tip lepljivog sredstva mora obezbediti dobru provodnost toplote kroz gusto pakovanje čipova i da, u isto vreme, obezbedi odvođenje, te iste toplote, van osetljivih delova, kao što su logička kola.

„Današnji čipovi, u sebi imaju te ‘3D’ tranzistore, ali u suštini, to su i dalje 2D čipovi sa vrlo ravnom strukturom.“ kaže Bernard Mejerson (Bernard Meyerson), pod predsednik istraživačkog sektora u kompaniji IBM. „Naši naučnici ciljaju da razviju materijale koji bi nam omogućili da zapakujemo ogromnu količinu ‘kompjuterske snage’ u novu kompjutersku formu – silikonski ’neboder’. Verujemo da možemo napraviti napredak u nivou pakovanja, i da stvorimo novi tip, klasu poluprovodnika koji mogu ponuditi veće brzine i nove mogućnosti. Što je još važnije, energetski zahtevi takvih procesora bi i dalje ostali dovoljno niski. To predstavlja jedan od ključnih zahteva za mnoge proizvođače kompjuterske i elektronske opreme. Ovaj zahtev je posebno značajan prilikom projektovanja uređaja kao što je smartphone ili tablet kompjuter.“

Cilj je spojiti sve „oblande“

Mnogi tipovi poluprovodnika, uključujući i one koji se koriste za serverske čipove, danas, zahtevaju pakovanje i povezivanje koje se može primeniti samo na pojedinačne čipove. Kompanije 3M i IBM planiraju da razviju lepljive smese koje bi mogle da se primene na celovite silikonske „oblande“, povezujući stotine, možda, i na hiljade čipova.

Po dogovoru, IBM će iskoristiti svoje iskustvo da bi razvio jedinstvene procese pakovanja poluprovodnika, a 3M  bi obezbedio svoje znanje i resurse u razvijanju i proizvodnji lepljivih materijala.

„Iskorišćavanjem zajedničkog znanja i resursa, 3M je vrlo zainteresovan za saradnju sa kompanijom IBM – liderom u tehnologiji razvoja poluprovodnika,“ kaže Harv Gindre (Herve Gindre), pod predsednik 3M odseka koji se bavi elektronskim materijalima. „3M je, kao kompanija, sarađivala godinama unazad sa IBM-om, i ova nova saradnja, naš postojeći odnos diže na novi nivo. Vrlo nam je drago da smo integralni deo inicijative koja će ostvariti ovako naprednu tehnologiju 3D pakovanja.“

Lepljivi (athezivni) materijali predstavljaju jedan od 46 glavnih tehnoloških platformi razvoja u kompaniji 3M. Njihovi dosadašnji proizvodi su uvek bili precizno projektovani prema potrebama mušterija i sve prisutni su – možete ih naći u različitim oblastima, od proizvodnje poluprovodnika pa sve do materijala koji se prave za upotrebu u svemirskim istraživanjima i poduhvatima.

Kompjuter napravio svoju prvu bakteriju

Još će vreme pokazati, ali posotoji velika mogućnost da je 2010. godina vrlo značajna za istoriju nauke, a možda i za samu istoriju čovečanstva.

Vest se sastoji iz dva dela i njen početak je vezan za maj mesec ove godine. Tačnije, 20. 5. je objavljeno da su naučnici uspeli da naprave potpuno veštaki hromozom koji je potom iskorišćen za kreiranje prostog živog organizma – bakterije. Ono što zaokružuje celu stvar jeste činjenica da taj organizam može da se replicira, razmnožava! Ništa priroda, ništa slučajni faktor, sve u kontrolisanim uslovima laboratorije…

Institut J. Craig Venter je objavio tu vest (verovatno puni ponosa na dostignuće), sa tvrdnjom “da imamo prvi kompletno napravljen veštački organizam čiji je roditelj kompjuter”. Sve bolje od boljega…

Facinatnost ovakvog dostiguća leži u ogromnom potencijalu primene. Ovakvo ostvarenje, ustvari može imati samo jednu granicu – ljudsku maštu. Na primer, nekima koji brzo razmišljaju, palo je na pamet da se postojeća tehnologija kreacije iskoristi za dizajniranje posebne alge, koja bi asimilirani ugljen-dioksid pretvarale u biološko gorivo. Dalje primene mogu biti vezane za medicinu, direktnu proizvodnju energije ili možda stvaranja boljih metoda za prečišćavanja zagađenja koje čovek napravi svojom delatnošću. Zagađenja uvek ima, to stoji…

Znači, dobijena je bakterija, ali najvažniju ulogu u proces stvaranja je odigrala eukariotksa “pena” (navodnici su ovde postavljeni vrlo uslovno). Naučnici su sintetizovali genom bakterije M. Mycoides uzimajući kraće delove DNK i ubacili u gore pomenutu penu. Enzimi unutar ove mešavine imaju skoro magičnu osobinu da popravljaju DNK lance i da ih povezuju u nove koheretne celine.

Na početku, kraći nizovi (1000 parova) su spojeni u duže (10000 parova). Tada su ovi potonji, izvađeni iz pene, međusobno kombinovani i ponovo stavljeni u eukaritsku penu. Tako su dobijeni nizovi od 100000 parova. Ponavaljajući ovaj proces više puta, istraživači su dobili poptun genom, koji je brojao više od 1000000 parova. Domišljato su se setili da postave neko vrstu vodenog žiga na ovaj genom, da ne bi slučajno došlo do zbrke, ko je ovde prirodan, a ko ne.

Usledila je onda transplantacija dobijenog genoma u drugu bakteriju, Mycoplasma capricolum, gde se genom bacio u posao stvaranja novih proteina. Naravno, tokom tog procesa originalni genom bakterije domaćina je uništen ili jednostavno nestao. Prepušten sebi, ovaj mutant od bakterije, je započeo proces replikacije, stvarajući nove bakterije, čiji je osnovni genom, ustvari, onaj iz laboratorijske kaše sa početka priče.

Prema kazivanju istraživača “svaka komponenta ćelije proizilazi iz sintetičkog genoma. Poreklo ovakve ćelije je kompjuter”. Treba imati u vidu da sadašnji komjuteri mogu da se iskoriste za kombinovanje i stvaranje malih DNK nizova. Zbog toga je u procesu izgradnje trebalo spajati kraće delove u veće celine.

Bilo je odmah odjeka u naučnim krugovima, jer se dovodilo u pitanje da li je konačan proizvod zaista nova stvar ili, opet, samo modifikacija već postojećeg organizma. Tokom opisanog proces, nije se radilo bukvalno od samog početka, i ako je sam genom kreiran zahvaljujući kompjuteru. Odmah posle tih razmatranja, došla su na red i pitanja etike i legalnosti celog procesa. Za sada, ne treba još brinuti puno o tome, jer je ovo dostignuće, ustvari, samo zaokružilo desetogodišnju fazu, tokom koje je 99% eksperimenata završavalo sa neuspehom. Sama činjenica da se je 1000000 bazičnih parova spojeno u 1 koheretni genom predstavlja veliku stvar. Da bi smo došli do mogućnosti da stvaramo genome, koji će posle stvarati više ćelijeske organizme, trebaće još dosta vremena da prođe. Prvo treba da sastave genom od 2 miliona osnovnih parova, koliko imaju alge, a genom čoveka u sebi sadrži 3000000000 parova. Znači, još ćemo pričekati na male slatke kuce sa zelenim krznom, tamno plavim okicama i mirisom koji vuče na vanilu.

Priči ovde nije kraj, i ako, ovo, samo po sebi, nije mala stvar. Prebacujemo se na mesec decembar ove godine. Ima tačno 10 dana od kada je zvanična “Bela Kuća” (Wasington DC) izjavila, šta ona misli o krčkanju bakterija u primordijalnoj supi.

Prvi crni predsenik Sjedinjenih Američkih Država, Barak Obama, je sa interesom ispratio celu stvar i naložio da se cela situacija ispita, detaljnije. Predsednička Komisija za izučavanje bio etičkih problema (ko smišlja ovakve definicije?), osnovana od strane samog predsednika, prošle godine, dobila je domaći zadatak. Komisija je trebala da proceni etičke i bezbednosne rizike koji mogu nastatati zahvaljujuči ovom otkriću. Posle kontemplacije nad problemom, komisija je u svom izveštaju izjavila da je “sintetička biologija (šta god to bilo) sposobna da postigne značajna, ali ograničena dostignuća sa ograničenim rizikom.” Ono što se bude radilo u budućnosti u ovom polju nauke, treba pažljivo pratiti i “ne treba regulisati na bilo koji način, od strane vlade.”

Ovakav odgovor zvaničnika vlade je u javnosti izazvao burnu reakciju, jer samo-kontrola, koja se ovde implicitno sugeriše, za mnoge, predstavlja pojam nikakve kontrole. Stvaranje veštačkih organizama koji se potencijalno mogu naći u otvorenoj i priordnoj prirodi, mogu imati veliki uticaj na postojeće ekosisteme, sa nesagledivim posledicama.

Komisija je u svom izveštaju minimalizovala značaj ovog otkrića, tvrdeći da je ceo proces, i dalje, modifikacija već postojećeg, a ne kreiranje novog života. Izveštaj je doneo i 18 preporuka, koje se baziraju na 5 etičkih principa, ali to su samo preporuke. Jedna od njih, je obavezan etički trening za naučnike koji će se baviti ovom granom biologije.

Sve u svemu, život kakvim ga znamo više ne mora biti jedini, po svojoj definiciji i genezi, i postovalja se pitanje koliko će ih biti u budućnosti?

Koliko memorije staje u atom?

Fizičari su uspešno uskladištili informaciju unutar magnetnog spina atmoskog jezgra, držeći je tamo skoro 2 minuta. To su uspeli pomoću tako zvanog spintronic uređaja, što bi moglo predstavljati najmanju kompjutersku memorijsku jedinicu na svetu.

Sve bi bilo u najboljem redu da nema nekih sitnijih nedostataka: uređaj je operativan na temepraturi od 3,2 stepena Kelvina, i da bi ispravno radio zahteva magentno polje koje je oko 200000 puta jače nego ono što planeta Zemja proizvodi.

Sveukupni rezultat nije bez značaja, jer predstavlja značajan pomak u oblasti koja se zove spintronics ili u slodnom prevodu spintronika. Glavno polje istraživanja ove naučne discipline je unos i skladištenje podataka unutar magentih “kompasa” atmoskih čestica. Uobičajeno je, do sada, da se podaci skladište unutar spina elektrona, ali postojanost polja (i podataka zajedno sa njim) se meri mikrosekundama, što je potvrđeno sa dve nezavisne studije istraživača iz Australije i Jute (Utah – savezna država SAD) i publikovano u žurnalu Science.

Umesto toga, naučnici su pokušali da uskladište podatak u dugovečnijem jezgru atoma. Grupa istraživača predvođena D.R. McCamey je mapirala električni spin elektrona koji orbitiraju oko jezgra fosfora koji je dodat silikonskom poluprovodniku. Iskorišćeni su gotovo terahercni (1 000 000 000 000 Hz) elektromagnetni talasi da bi se elektronima predao određeni spin. Zatim su iskorišćeni radio talasi iz FM opsega da “zapišu” spin na samom jezgru fosfora.

Nakon 112 sekundi, spin je mapiran nazad na elektrone, tačnije električno je pročitan.  Tokom testa korišćen je klasičan binarni zapis (0 i 1), ali ističe se da cela metoda može biti iskorišćena za standardne i za kvantne kompjutere. Tačnije, prema tvrdanjama Kristofera Boema (Christopher Boehme) profesora sa univerziteta u Juti, moguće je zapisivati obe vrste podataka, i binarne i kvantne.

Pre dve godine, druga grupa istraživača je prijavila uspešno skladištenje kvantnih podataka u trajanju od 2 sekunde. Međutim, ta grupa nije čitala podatak sa mesta zapisa. Sem toga, toliko vreme je, ipak, nedovoljno za praktične potrebe.

Rad sa atomskim jezgrima je mnogo podesniji iz više razloga, ističe Boehme. Prvi ralog je manja osetljvost jezgra na promenu temeprature. Sledeća važna činjica je minimalni uticaj elektrona na stabilnost jezgra. Jezgra su poprilično usamljena, jer su rastojanja između njega i elektrona znatna u odosu na domet efekata koje proizvodi elektronski oblak oko njega.

Sledeći korak u istraživanju je proizvesti isti efekat, ali pod mnogo prihvatljivijim uslovima gde nisu potrebne ekstremno niske temeprature i prejaka magnetna polja.