우리는 현재의 컴퓨터 칩이 반도체 재료로 만들어졌다는 것을 안다. 20 세기는 반도체의 세기라고 할 수 있고, 마이크로전자의 세기라고 할 수 있다. 마이크로전자 기술은 마이크로미터와 마이크로미터 미세 구조 기술을 이용하여 반도체 단결정 재료 (현재 주로 실리콘 단결정) 의 얇은 시트에서 수천 개의 트랜지스터와 전자 부품으로 구성된 마이크로전자 회로 (칩이라고 함) 를 개발하여 다양한 기능의 칩으로 다양한 마이크로전자 기기, 계기 및 컴퓨터를 조립하는 것을 말합니다. 칩은 집적 회로 블록으로 간주 될 수 있습니다. 집적 회로 블록은 소규모에서 대규모로 발전하여 끊임없이 소형화되는 과정으로 볼 수 있다. 1950 년대 말 발전한 소규모 집적 회로는 통합도가 10 구성 요소였다. 60 년대는 중규모 집적 회로로 발전하여 통합도가 1000 개 구성요소였다. 70 년대에는 대규모 집적 회로가 발전하여 65438+ 만 개의 구성 요소가 통합되었습니다. 20 세기 초대형 집적 회로가 발전하여 654.38+0 억 개 이상의 구성 요소가 통합되었습니다. 1988 년 미국 국제상업기계회사 (1BM) 는 64 메가바이트의 동적 랜덤 액세스 메모리를 성공적으로 개발했으며, 집적 회로의 스트라이프 폭은 0.35 미크론에 불과했다. 현재 실험실에서 개발한 신제품은 0.25 미크론으로 0. 1 미크론으로 진군하고 있습니다. 200 1 에 이르러 0. 1 미크론, 즉100nm 로 떨어졌습니다. 이것은 전자 기술 역사상 네 번째 중대한 돌파구이다. 오늘날 이 칩의 통합도는 654.38+00 만 개의 구성요소로 더욱 높아졌다. 집적 회로의 스트립 폭이 다시 축소되면 일련의 물리적 효과가 나타나 마이크로전자 기술의 발전을 제한할 수 있습니다. 이 도전을 해결하기 위해 사람들은 나노 전자학의 개념을 제시했다. 이 현상은 집적 회로 통합도가 높아짐에 따라 칩 안의 스트립 폭이 점점 작아지면서 집적 회로를 만드는 단결정 실리콘 재료의 품질이 높아지고 있음을 보여준다. 먼지 한 톨이라도 트랜지스터 하나, 심지어 몇 개를 파괴할 수 있는 것도 무어 본인이 몇 년 전에 무어의 법칙에 사형을 선고한 이유다.
관련 전문가들에 따르면 2 1 세기에 인류는 휘장 처리 칩과 살아있는 세포를 결합한 컴퓨터를 개발할 것으로 예상된다. 이 컴퓨터의 핵심 부품은 나노 칩이다. 칩은 컴퓨터의 핵심 부품이다. 생명과학과 재료과학이 발달하면서 과학자들은 단백질 칩과 DNA 칩을 포함한 바이오칩을 개발하고 있다.
단백질 칩은 단백질 분자 등 생물재료로 특수공예를 통해 만든 초박막 구조가 있는 적층 구조다. 예를 들어, 단백질을 적절한 농도의 액체로 배합하여 수면에 단일 층으로 전개한 다음, 응시층에 놓고 같은 방법으로 유기박막을 준비하면 두께가 80-480nm 인 생물막을 얻을 수 있다. 이 박막은 두 종류의 유기 박막으로 이루어져 있다. 박막이 자외선에 노출되면 저항이 약 40% 증가하지만 가시광선에 노출되면 원상태로 돌아간다. 또 다른 필름은 가시광선의 영향을 받지 않지만 자외선을 받으면 저항이 약 6% 감소한다. 일본 미쓰비시 모터사는 두 가지 바이오소재를 결합해 빛으로 조절할 수 있는 새로운 스위치 장치를 만들었다고 보도했다. 이런 박막은 바이오전자 부품의 진일보한 발전을 위한 실험 기초를 마련하여 좋은 조건을 만들었다.
이 단백질 칩은 부피가 작고 부품 밀도가 높다. 제곱센티미터당1.01.5 ~1.01.6 까지 실리콘 집적 회로보다 수만 배 높은 것으로 측정되었습니다. 이 칩은 단백질 분자로 이루어져 있기 때문에 어느 정도 자가 복구 능력, 즉 살아있는 기계가 되기 때문에 뇌, 신경계와의 유기적 연결과 같은 유기체와 직접 결합될 수 있어 뇌의 외연을 확대할 수 있다. 어떤 사람들은 단백질 칩을 뇌에 이식하면 기적이 나타난다고 상상한다. 예를 들어, 시력의 선천적인 결함이나 후천적인 손상은 모두 복구하여 다시 빛나게 할 수 있다.
이러한 분자 구성 요소의 생산과 조립은 아직 탐색 단계에 있지만 천연 단백질 등 생체 재료는 분자 구성 요소를 직접 만들 수 없고 분자 수준에서 가공하기가 매우 어렵지만 전망은 밝다. 일본은 바이오칩 개발을 위한 10 계획을 세웠고 정부는 각종 연구를 위해 10 억 엔을 투입할 계획이라고 보도했다. 히타치, 샤프 등과 같은 세계 일부 대기업들은 바이오칩의 전망에 대해 낙관적이며, 이 연구를 매우 중시한다.
인간의 뇌에는 약 6543.8+04 억 개의 신경 세포가 있으며, 사고, 느낌, 전신 활동을 담당하고 있다. 컴퓨터는 수년 동안 존재 해 왔지만; 그러나 그것의 정교함은 인간의 뇌에 비해 아직 큰 차이가 있다. 컴퓨터가 가능한 한 빨리 인간의 뇌의 기능과 효율성을 갖추도록 최근 몇 년 동안 과학자들은 인공지능 컴퓨터의 연구와 개발에 힘쓰고 많은 진전을 이루었다. 인공지능 컴퓨터는 바이오칩을 기반으로 한다. 바이오칩은 여러 가지가 있는데, 헤모글로빈 집적 회로는 신형 바이오칩 중의 하나이다.
미국 생화학자 제임스 맥아더는 먼저 생명기술과 전자기술을 결합하는 아이디어를 내놓았다. 컴퓨터의 이진 작동 원리에 따르면 그는 헤모글로빈도' 켜기' 와' 끄기' 와 비슷한 쌍 안정 특성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 헤모글로빈이 휴대하는 전하가 변하면 이 두 가지 변화가 일어나 바이오헤모글로빈을 이용하여 실리콘 전자 회로와 같은 논리 회로를 형성할 수 있게 된다. 맥아더는 생물공학의 재조합 DNA 기술을 이용하여 처음으로 헤모글로빈' 바이오집적 회로' 를 만들어' 인공뇌' 개발에 돌파구를 마련했다. 이후 바이오집적 회로에 대한 연구가 점차 전개되고 있다. 미국 과학자들은 실리콘에 살아있는 세포 조직을 성공적으로 재구성했다. 그것은 실리콘의 강도와 생체 분자 살아있는 세포의 유연성과 지능을 가지고 있다. 독일 과학자들이 개발한 폴리 L- 라이신 바이오칩은 1 입방 밀리미터 칩에 100 억 개의 데이터 포인트를 포함할 수 있으며, 계산 속도는 10 피초 (10 억분의 1 초) 에 달하며 기존 컴퓨터보다 빠르다
DNA 칩은 유전자 칩이라고도 하며, DNA 는 인간의 생명 유전 물질인 디옥시리보 핵산의 약자이다. DNA 분자 체인은 ATGC(A-T, G-C) 를 기반으로 하기 때문에' 현장 조합 합성화학' 이라는 리소그래피 기술과 마이크로전자 칩 또는 기타 방법을 채택하여 대량의 특정 시퀀스의 NA 조각을 유리나 실리콘에 질서 있게 경화시켜 대량의 생명정보를 저장하는 DNA 칩을 형성한다. DNA 칩은 최근 몇 년간 하이테크 분야에서 시대적 특징을 지닌 중대한 기술 혁신이다.
모든 DNA 는 마이크로프로세서입니다. DNA 의 계산 속도가 매우 빠르다. 이론적으로는 시속 10 15 회, 실리콘의 1000 배에 달할 수 있습니다. 그리고 DNA 의 저장 용량은 매우 커서 DNA 그램 당 수억 장의 CD 정보를 저장할 수 있다. 그러나 현재의 주요 어려움은 DNA 데이터 출력 문제를 해결하는 것이다.
DNA 칩은 1 cm2 칩에 약 8 만 개의 인간 유전자를 집중적으로 고정할 수 있다. DNA 칩이 테스트 중인 샘플의 DNA 와 짝을 이루면 대량의 해당 생명정보를 감지할 수 있다. 예를 들어, 유전자와 암, 전염병, 흔한 병, 유전병의 관계를 찾아 그에 상응하는 약을 더 연구한다. 현재 6000 여 종의 유전병은 유전자와 관련이 있으며, 꽃가루 알레르기, 환경오염에 대한 반응 등 환경에 미치는 영향도 알려져 있다. 환경영향과 관련된 유전자는 200 여 개이며, 이 유전자들을 전면적으로 감시하는 것은 생태학, 환경통제, 인간의 건강에 큰 의미가 있다.
DNA 칩 기술은 인간 게놈 연구의 중요한 응용 과제일 뿐만 아니라 기능 유전자 연구의 새로운 수단이기도 하다. 예를 들어, 단일 뉴클레오티드 다형성은 매우 중요한 생명 현상이다. 과학자들은 인체의 다양성과 개성이 유전자의 차이에 달려 있다고 생각한다. 사람의 체형과 외모와 같은 단핵 다태성의 표현은 500 여 개의 유전자와 관련이 있다. DNA 칩을 통해 원칙적으로 사람의 특징, 심지어 얼굴형, 외모, 외모 특징, 성장 발육 차이까지 확인할 수 있다.
칩 거인' 인텔은 2000 년 2 월 최신 나노기술로 30nm 트랜지스터 칩을 성공적으로 개발했다고 발표했다. 이 돌파구는 향후 5 ~ 10 년 내에 컴퓨터 칩의 속도를 2000 년 10 배로 높이고 실리콘 기술을 물리적 한계에 더 가깝게 만들 것입니다. 새 칩의 연산 속도는 현재 가장 빠른 칩의 7 배에 달한다. 총알이 30cm 를 날면 2000 만 회, 총알이 25mm 를 날면 200 만 회, 트랜지스터 문은 컴퓨터 칩이 연산을 수행하는 스위치다. 새 칩은 3 개의 원자 두께의 트랜지스터 "문" 을 기반으로 하며 현재 컴퓨터에서 사용하는 180 nm 트랜지스터보다 훨씬 얇습니다. 이 칩을 만드는 장애물은 그것이 생성하는 열을 통제하는 것이다. 칩이 빨리 작동할수록 더 많은 열이 발생합니다. 과열은 컴퓨터 칩을 만드는 데 사용된 재료를 손상시킬 수 있다. 오랜 연구 끝에 인텔사는 이미 이 문제를 해결했다. 이 원자 트랜지스터는 새로운 화학 성분으로 만들어져 작동 시 칩의 온도가 너무 높지 않게 할 수 있다. 이 칩의 출현은 인간과 소통하는 방식을 흉내낼 수 있는 컴퓨터 개발을 위한 조건을 만들 것이다. 인텔은 그들이 개발한 세계에서 가장 작고 빠른 트랜지스터가 30nm 두께라고 밝혔다. 이를 통해 인텔은 향후 5 ~ 10 년 동안 4 억 개의 트랜지스터, 초당 1 억 회 작동 속도, 작동 전압이 1 V 보다 낮은 새로운 칩을 내생적으로 생산할 수 있습니다. 현재 시중에서 가장 빠른 칩 펜티엄 IV 에는 4200 만 개의 트랜지스터가 통합되어 있다. 인텔사에 따르면 이 새로운 프로세서로 제조된 제품은 이르면 2005 년 이후 시장에 출시될 예정이다.
인텔의 한 엔지니어는 "30nm 트랜지스터의 성공적인 개발로 실리콘의 물리적 한계에 대한 새로운 시각을 갖게 되었다" 고 말했다. 실리콘은 15 년 동안 사용할 수 있을 수도 있고, 앞으로 어떤 재료가 실리콘을 대체할 것인지는 아무도 말할 수 없다. " 그는 "더 작은 트랜지스터는 더 빠른 속도를 의미하고, 더 빠른 트랜지스터는 고속 컴퓨터 칩을 구축하는 핵심 모듈이며, 컴퓨터 칩은 컴퓨터의' 뇌' 라고 덧붙였다" 고 덧붙였다. 인텔은 30nm 트랜지스터로 설계된 컴퓨터 칩이' 범용 번역기' 를 현실로 만들 수 있다고 예측했다. 예를 들어, 영어를 하는 사람이 중국을 여행하면 휴대하는 번역기를 통해 영어를 실시간으로 중국어로 번역할 수 있으며 공항, 호텔, 상점에는 언어장애가 없습니다. 안전시설 방면에서, 이 칩은 경보 시스템이 사람의 얼굴을 인식하게 할 수 있다. 또한, 앞으로 몇 천 원에 고속 데스크탑 컴퓨터를 살 수 있게 될 것이며, 컴퓨팅 능력은 현재 수천만 위안의 가치가 있는 호스트와 견줄 만하다. (윌리엄 셰익스피어, 템플릿, 컴퓨터명언)
면적당 트랜지스터 수는 컴퓨터 칩 통합도의 상징이다. 트랜지스터가 많을수록 통합도가 높아지고 통합도가 높을수록 처리 속도가 빨라집니다. 30 나노 트랜지스터는 0.07 미크론 공정의 제품에 나타나기 시작할 것이다. 현재 인텔은 0. 18 미크론 공정을 채택하고 있으며 1993 의 펜티엄 프로세서는 0.35 미크론 공정을 채택하고 있습니다. 칩의 회로를' 묘사' 하는 0.07 미크론 공정은 자외선 각인 기술을 채택하여 200 1 최첨단 딥 자외선 각인 기술보다 더 선진적이다. 종이에 선을 그리면 깊은 자외선에는 둔연필이 새겨져 있고, 자외선에는 뾰족하게 깎은 연필이 새겨져 있다.
트랜지스터가 점점 작아지는 장점은 주로 두 가지 측면에 있습니다. 첫째, 기존 제품의 성능을 저렴한 비용으로 향상시킬 수 있습니다. 둘째, 엔지니어는 원래 불가능했던 신제품을 설계할 수 있다. 이 두 가지 장점은 반도체 기술의 발전을 촉진하는 동력이다. 기업이 이윤을 늘리고 더 많은 R&D 를 투입할 가능성이 있기 때문이다. 나노기술은 확실히 무어의 법칙의 수명을 연장시킬 수 있는 것 같은데, 이것이 무어 본인과 많은 기술자들이 나노기술에 관심을 갖는 이유이기도 하다.