(2009) Nanoelectronics with AI, взгляд ВАЛа

Nanoelectronics with AI
взгляд ВАЛа и подготовка к новой олимпиаде Наноэлектроника

Про закон VAL'a СЮДА!

© ВАЛ


Введение

Генезис электроники – это интересная штука. Переход от транзисторов к ИМС (интегральным микросхемам), потом и к ИНС (наносхемам), заслуживает пристального внимания интересующихся наноэлектроникой. Особенно будущих олимпийцев МИФИ.

Поэтому, хочу начать с вопросов, которые сформулированы и перечислены здесь:
http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic=2256
под названием "Нано и бананонотехнологии".
Где граница? И другие спорные вопросы.

Можно ли считать перечисленное (или какую-то часть!) действительно достойным для включения в тематику рефератов новой наноолимпиады и, возможно, для формулировки специалистами (!) конкретных олимпиадных расчетных (или еще каких?) задач?
Причем, возможно получится так, что какие-то задачи пока не имеют четко проглядываемого решения.
Интересно, как будут члены жюри олимпиады оценивать решения таких задач, если они вдруг появятся.

Ну, а дальше мой взгляд на микро- и наноэлектронные парадигмы в сравнении их между собой.

Микроэлектроника (МЭ)
Когда меня учили микроэлектронике, то проф. И.П.Степаненко (ИПС) говорил о кремниевой микроэлектронной парадигме примерно так (про «три кита» МЭ):

Размеры (микрометры) и киты:
+ полупроводниковая физика (довольно известная!)
+ интегральная технология, используемая сейчас и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров
+ микросхемотехника (в основном известная и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров).

В рамках этой парадигмы и учили микроэлектронщиков, давая им хорошую ТЕХНОЛОГИЧЕСКУЮ практику непосредственно в специальной учебно-научной лаборатории, единственной, по-видимому, в СССР на момент организации кафедры микроэлектроники. Говорят, что это была первая вузовская лаборатория в СССР, где студент мог отработать свои идей или (что бывало чаще!) идеи научных руководителей.

Я получил образование микроэлектронного технолога, которое было приложено к созданию конкретных ИМС по биполярной инжекционной технологии. И неплохо знаю, что это такое – технология, которую «щупаешь» своими, а не чужими руками. Тем более, что «пощупать» удалось и на реальном п/п заводе в Запорожье по ходу работы над дипломом.

На технологию, включающую топологическое проектирование, потом была «наложена» микросхемотехника – это уже в диссертации.
Причем микросхемотехника смешанная: аналого-цифровая (проектирование схемотехники на конкретной элементной базе + чисто логическое проектирование + всякие аналоговые нюансы усиления сигналов). Все это было необходимо для создания ИМС (субсистем, как это называли в те времена в отчетах по НИОКР) биполярной памяти. Это я тоже знаю. Хотя главным и блестящим схемотехником (и моим главным учителем схемотехники) был ученик ИПСа – Е.М. Онищенко.
Вот такая микроэлектроника и ее парадигма.

Диссертационная работа начиналась с физики (2-мерное моделирование), но закончилось все это не физикой, не технологией, не схемотехникой, а удачным применением идей в области архитектуры ИМС памяти, не столь популярных и очевидных на кафедре МЭ МИФИ.

Это было ИМХО закономерно (движение вверх и выше традиционной п/п физики, интегральной технологии и микросхемотехники) и, главное, дало определенный взгляд, не ограниченный границами микроэлектронной парадигмой того времени. А жизнь закономерно «повела» и еще выше к компьютерам на основе ИМС и даже к софту….

Кстати, жаль, что стандартом не стало обозначение ИПС (интегральная полупроводниковая схема), а привелось (для меня не очень привлекательное!) – ИМС или интегральная МИКРОсхема.
Мне ближе БИС, СБИС и т.п. Или VLSI….
Что естественно ведет к чему-то вроде НЭБИС :) , а вовсе не к ИНС. Но, каждому свое…

Поэтому дальше про наноэлектронную парадигму, а не про сокращения и аббревиатуры.

Из моей диссертации 1981 года :blush2:

Присоединённое изображение

Наноэлектроника (НЭ - nano-e)
Если говорить о парадигме наноэлектронной (предположим, кремниевой, хотя это может быть и какая-нибудь графеновая наноэлектроника), то можно по аналогии говорить так (разные варианты):

ВАРИАНТ А
Размеры (нанометры) и киты:
полупроводниковая физика (известная на сегодняшний день)
+ интегральная технология, используема и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров
+ микросхемотехника (в основном известная и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров).
Т.е. просто продолжающийся скэйлинг. Кто-то называет это переходным периодом и/или «издержками» микроэлектроники и ее парадигмы. Кто-то просто наноэлектроникой, потому, что нано….

ВАРИАНТ В
Размеры (нанометры) и киты:
физика (новая или почти неизвестная)
+ почти известная интегральная технология и/или разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров и/или с учетом новых физ. эффектов нанотехнология
+ почти известная микросхемотехника и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров.
И это все для неких ИНС, не обязательно переступивших традиционный (по закону Мура!) пресловутый скейлинг. Но новая, НОВАЯ (!) физика…. Значит, именно тогда и можно говорить о наноэлектронике.

ИМХО очень однобокий «физический» взгляд. Потому, что сводить все к физике (пусть и новой) нельзя.

И, наконец, ВАРИАНТ С
Размеры (нанометры) и киты:
нанофизика, причем какая-то новая или почти неизвестная
+ нанотехнология, причем какая-то новая или почти неизвестная и с учетом нанофизики
+ наносхемотехника, переступившая традиционный (по закону Мура!) скейлинг на базе нанофизики и нанотехнологий.
У такого варианта наноэлектронной парадигмы ИМХО тоже есть ярые сторонники, у которых, однако, есть надежда дожить до времени реализации действительно настоящей наноэлектроники. Может, именно ее и нужно стремиться внушить мол.человекам, которые начинают свой жизненный путь? И участвуют в наноэлектронных олимпиадах в МИФИ….

Вот такие - АВС...
:)
Не знаю, не знаю. Скорее всего я не доживу, поэтому хочется увидеть плоды наноэлектронной парадигмы пораньше. Поэтому я и предлагаю парадигму наноэлектроники с интеллектом, которую будет можно попытаться реализовать уже в ближайшем будущем! В этом я уверен.

Нанотехнологии :blushing:
Из статьи «Нанотехнологическая революция стартовала!» д.ф.-м.н. Ю.И. Головина – http://www.nanometer.ru/2007/07/29/nanotehnologii_3865.html

Наноэлектроника с интеллектом (НЭИ - nano-ie)
Здесь для описания наноэлектронной парадигмы я воспользуюсь тем, чему меня учил меня мой научный руководитель проф. А.Г. Алексенко (АГА).

Он говорил, что интересные проблемы, идеи, решения и результаты нужно искать не только в размерах элементной базы, в технологии и схемотехнике, но и в архитектуре ИМС на основе традиционных китов МЭ.
Т.е. нужно добавить в традиционную микроэлектронную парадигму еще одного нетрадиционного кита – архитектуру, которая из «кирпичиков и раствора» позволяет родить НОВОЕ МЭ-ЗДАНИЕ. В свое время, сформулировав свою мысль, он оставил меня наедине с микроэлектроникой ИМС памяти. Так я сменил тему своей диссертации тему с «физической» на «архитектурную»…

Тоже самое ИМХО нужно порой делать и в обеденной жизни.
Ну, типа вместо обычной студенческой столовой (в МИФИ?) на почти той же площади хороший и качественный (ключевое слово! Новое качество!) студенческий ресторанчик. Или еще что-то.

Кстати, в МИФИ есть Научно-образовательный центр "Нанотроника" – руководитель АГА, сюда:
http://www2.mephi.ru/node/51
Не знаю пока в чем разница между нанотроникой и наноэлектроникой…

Я считаю архитектурную идею интеллектуальности для парадигмы МЭ плодотворной. Я сторонник того, чтобы называть наноэлектронными разработки таких ИНС, которые при тех же размерах (нм), п/п или какой-то другой физике, по текущим интегральным технологиям и микросхемотехнике дают в результате новые архитектурные качества ИНС - интеллектуальные!

Стоит подчеркнуть, что со времен МЭ такой подход называется (и не думаю, что есть необходимость менять это название) чем-то типа разработки «изделия с интеллектом». В свое время я как раз и занимался изделиями типа СБИС памяти с «интеллектом», т.е. ИМС, которые реализуют помимо классических функциональных возможностей - нетрадиционные, существенно повышающих КАЧЕСТВО и ЭФФЕКТИВНОСТЬ. Ну, тогда это назвать интеллектом было можно только в кафедральных кулуарах. А теперь, почему бы и нет?

Помнится, пришлось решать задачу создания критериев эффективности и ее количественной оценки для СБИС памяти. И это все в условиях, когда % выхода годных на п\п заводах СССР был катастрофичеки мал. Ну, например, меньше 5% (делается пластина, на которой расположено 100 кристаллов или чипов (?). Но рабочими оказываются тллько 4 или 5 из 100 или и того меньше).

Поэтому защищать работу, в которой говорилось о СБИС памяти пусть и с минимальным интеллектом было довольно непросто, учитывая обязательность промышленного внедрения разработок для защиты диссертации.
Это было требованием ВАКа, которого строго придерживался и ИПС.

Таким образом, парадигма наноэлектроники с интеллектом на мой взляд такова.

ВАРИАНТ VAL'a
Размеры (нанометры) и киты:
любая физика (известная на сегодняшний день полупроводниковая или какая-то новая или еще неизвестная)
+ любая интегральная технология, используемая и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров, либо новая с учетом новых физ.эффектов и даже какая-то неизвестная
+ любая микросхемотехника (в основном известная и разрабатываемая по ходу дела и в связи с уменьшением размеров, а также с учетом новых физ.эффектов)
+ интеллектуализирующая ИНС архитектура, которая объединяет все достижения физики, технологии и схемотехники в единое целое. С искусственным разумом!

PS. Рисунок из лекции В.И. Светцова "Нанотехника – современное состояние и перспективы развития". (прим: И снова п/п память!)
:doh:

Присоединённое изображение

Заключение
Я – сторонник того, что такие разработки интеллектуальных ИНС как раз и будет можно назвать полноценной наноэлектроникой.

Нельзя сводить наноэлектронику только к новым материалам, новым физическим эффектам и новым технологическим процессам. А к искусственному интеллекту можно!

Новые материалы, эффекты и нанотехнологии лишь база (кирпичи и раствор) для истинных (!) наноэлектронщиков, которые будут заниматься интеллектуальностью. И окажутся на передовом рубеже противостояния и борьбы «естественного» человеческого и «искусственного» интеллектов!

Олимпийцы, выбирайте интеллектуальную наноэлектронику и ее архитектуру в качестве основного направления своей деятельности. Если вам это удастся сделать и вы получите значимые результаты, то все остальные будут работать на вас:
- нанофизики, открывая новые физические (или какие-нибудь еще) эффекты;
- нанотехнологи будут преобразовывать новые наноэффекты в промышленные технологии;
- нанотопологи заниматься разводкой или чем-то вроде этого;
- наносхемотехники будут превращать ваши архитектурные идеи в схемы;.

****
- заводы будут изготавливать ИНС…

Более того, знатоки будут искать ссылки на ваши работы, а теологи обсуждать вашу близость к Богу! Ведь именно вам удастся «вдохнуть» разум в «глупую» и "холодную" наноэлектронную материю… Кремниевую, графеновую или еще какую-нибудь.

Кстати, ЗДЕСЬ! можно найти прогноз будущего электроники в ближайшие 100 лет!
:1eye:

Вопросы для самопроверки и обсуждения
1. Если в кремниевой памяти, например, при 45 нм размерах технологии будут реализованы новые архитектурные идеи интеллектуальности такой памяти, это будет наноэлектроникой или нет?
2. Стоит ли увлекать будущих абитуриентов МИФИ такой постановкой проблематики – интеллектуальная наноэлектроника?

PS. Студенты кафедры Микро- и наноэлектроника МИФИ
ИМХО пусть они изучат имеющуюся наноэлектронику (микроэлектронику?) скейлинга и создадут свое новое интеллектуальное качество в ИНС (или ИМС?). Например, для кремниевой памяти или других типов схем и изделий. Например, даже теоретически. Например, в своих дипломах….
:bye1:

Новая физика :blushing:
Из статьи «Нанотехнологическая революция стартовала!» д.ф.-м.н. Ю.И. Головина – http://www.nanometer.ru/2007/07/29/nanotehnologii_3865.html

Библиография
1. В.И. Светцов, лекции "Нанотехника – современное состояние и перспективы развития"
2. Бубенников А.Н., Бубенников А.А., Зыков А.В., Ракитин А.В., "Наноэлектроника уровня 100-50 нм. Техно-экономическая перспектива", Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2000, №1
3. Носов Ю., Сметанов А., "На пути в наноэлектронику. Исторические параллели и сопоставления", Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 2007, №5
4. Раткин л., Научная сессия МИФИ: обсуждение нанотехнологических и нанофизических проблем. Январь 2008 года, Наноиндустрия, 2008, №2
5. Малинецкий Г.Г., Риски и возможности нанотехнологий, Ин-т прикладной математики им. Келдыша РАН, апрель 2009 г.
6. ляшенко В.И., Бережная Т.Ф., Перспективы "нанотехнологических прорывов" в трансграничных инновационных системах, Экономический вестник Ростовского ГУ, 2007, т 5, №4
7. Матюшкин И.В., Вызовы математическому моделированию со стороны нанотехнологий
8. Михов В.М., Научно-техническая программа "Информационные и коммуникационные технологии" седьмой рамочной программы научно-технического развития ЕС", ИНКТ "Инфотех", Brussels, 6 April 2005
9. Весна нанотехнологического образования, Нанометр, Информационный юллетень ФНМ МГУ, №9-10, март-апрель 2007
10. http://www.nanonewsnet.ru/articles/2009/ma...aila-kovalchuka - Матрица науки от Михаила Ковальчука, 14 апреля 2009
11. http://nanorf.ru/science.aspx?cat_id=718&d...18%26d_no%3d130 - Нанотехнологии — фундамент новой наукоемкой экономики 21 века, «Российские нанотехнологии» №1-2 за 2007 г.
12. http://iu1.bmstu.ru/research/res20.htm - ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ В МЕХАТРОНИКЕ, МГТУ им. Баумана
13. Першенков В.С., Перспективы наноэлектроники и их реализуемость для России, ЦИКЛ ПУБЛИЧНЫХ ЛЕКЦИЙ «ЭЛЕКТРОНИКА XXI ВЕКА», ЦВК ЭКСПОЦЕНТР, 1 октября 2008 г.
14. http://offline.computerra.ru/2007/698/330243/ - Леонид Левкович-Маслюк, Молибденова синь или серая слизь?, интервью с член.корр. Е. Гудилиным,
Опубликовано в журнале "Компьютерра" №30 от 24 августа 2007 года
15. http://www.osp.ru/os/2008/05/5205510/ - Сергей Кузнецов, Перспективы наноэлектроники, обзор майского номера журнала Computer (IEEE Computer Society, Vol. 41, No. 5, May 2008)

Вчера была прочитана небольшая лекция по сабжу для желающих студентов.
:doh:

Генезис наноэлектроники

Присоединённое изображение

К 2040 году многое изменится... ИНСы станут умнее человека!
:)

Присоединённое изображение

как-то жутковато - "умнее человека"...
не очень верится. в моём понимании ум неотделим от друих качеств человека, вплоть до интуиции, которой не могут обладать механизмы.

Что поделать!

Вот как раз этот момент сейчас интенсивно разрабатывется, обучение, интуиция, предвиденье...
Вот только возможная нравственность и этика ИИ еще пока не проработана и как-то не оценена.

Приобрел книжку. С интересом читаю :blush2:

Присоединённое изображение

****

Читал эту книгу. Страшные вещи, однако, пишут! :diablo1:

А сколько еще есть из неопубликованного публично... ;)