Современная электроника №4/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 180 раз ниже, чем в межзвёздном про- странстве. Квантовые вычисления позволяют решать специфические задачи в обла- сти оптимизации, создания новых лекарств и материалов, совершенство- вания энергосберегающих методов, а также осуществлять сверхбыстрый поиск в базе данных. По проекту «Оптические квантовые симуляторы» первый российский кван- товый компьютер должен быть создан к сентябрю 2021 года. Его разработ- кой занимается консорциум, в состав которого входят Фонд перспектив- ных исследований, «Внешэкономбанк», ООО «ВЭБ Инновации», Московский государственный университет имени Ломоносова и АНО «Цифровая эконо- мика». Ожидается, что его мощность будет составлять не менее 50 кубит. Одним из приоритетов отечествен- ного квантового компьютера станет решение задач в сфере материаловеде- ния. В частности, с его помощью мож- но будет более точно определять свой- ства новых материалов и фармаколо- гических препаратов. Российский компьютер будет создан на основе нейтральных атомов в опти- ческих ловушках (см. рис. 8). Они пред- ставляют собой упорядоченные в про- странстве образования, состоящие из отдельных атомов и удерживаемые в определённом положении с помощью лазерных пучков. Это наименее слож- ный подход, позволяющий выполнять квантовые вычисления при помо- щи линейных оптических устройств. 50 кубит – это как раз тот уровень, ког- да квантовый компьютер начинает превосходить по производительности современную классическую технику. Стоимость создания такого компью- тера составляет порядка 900 млн рублей. Электронные многопроцессорные системы создаются в соответствии с Рис. 8. Атомы-кубиты в оптической ловушке конфигурацией электрических свя- зей между модулями – линейных или матричных структур, но не реализу- ются в электронных многопроцессор- ных реконфигурируемых трёхмерных структурах. В процессорных системах с оптиче- скими связями изменение межэлемент- ных соединений осуществляется про- ще, чем в электронных системах, что позволяет разрабатывать трёхмерные многопроцессорные вычислительные системы, в том числе с архитектурой «антимашина». Говоря о процессорных системах, нельзя не уделить внимание вопросу перспектив развития микроэлектро- ники в целом. Если проанализировать основные тенденции, сложившиеся в отрасли, можно попытаться выделить основные направления её эволюции: ● многопроцессорные системы; преоб- ладание СнК над однопроцессорны- ми системами; ● появление NoC – network-on-chip (сеть-на-кристалле) – высокопроиз- водительных устройств, представля- ющих собой группы процессоров, об- мен между которыми осуществляется по пакетным протоколам; использу- ются связи «точка-точка» и асинхрон- ный способ передачи; ● блочное программирование (compo- nent-based software): число ядер в системе невелико, а блоки ПО раз- рабатываются индивидуально для каждой вычислительной ячейки специальной группой разработчи- ков компонентов и затем собирают- ся вместе в одну многоядерную си- стему; ● единый код для многоядерной систе- мы; разрабатываются новый прин- цип – SPMD (одна программа – много данных) и параллельные алгоритмы; ● отказ от FPGA в связи с тем, что не- большие многоядерные системы по- требляют меньше энергии и имеют более широкий арсенал возможно- стей для выполнения сложных алго- ритмов, чем АЛУ и таблицы преобра- зования в FPGA; ● исчезновение ЦПУ: в многоядерных системах эффективность взаимодей- ствия между ними поддерживается аппаратными ОС. Кроме того, можно предположить, что системы станут многопроцессор- ными, а доступ ко всем ресурсам МП будет осуществляться за один такт. Будет задействовано третье измере- ние, т.е. схемы станут объёмными. Уже сейчас ведутся исследования в этом направлении, и появляются мно- гослойные кристаллы (SiP – system in package). Здесь же стоит сказать, что последний физический предел размеров транзи- сторов, которого теоретически можно достигнуть, – 1 нм. Дальше идёт уже ато- марный уровень, и просто невозможно создать единицу машинной логики из нескольких атомов. Новейшие современные техпро- цессы используют технологию про- изводства транзисторов FinFET, кото- рую также называют 3D-структурой, поскольку расположение транзисто- ров на схеме производится не пла- нарно, а в несколько слоёв, которые связаны друг с другом в вертикаль- ном направлении. Исходя из этого структура должна стать действительно трёхмерной, представляя собой муль- типолигональный объект, в котором каждый элемент граничит не с дву- мя (планарное размещение транзи- сторов) или с четырьмя-шестью, а с десятком других элементов. Поэто- му процессоры также должны стать и гетероструктурными. Полная гетеро- генность предполагает, что элемен- ты всех сопроцессоров будут вписа- ны внутрь вычислительных ядер таким образом, что отделить их на плате будет просто невозможно. Во второй части статьи пойдёт речь о построении устройств на базе 3DМФЭ ПМ с сетевой архитектурой и интегра- цией оптических компонентов непо- средственно на электронной плате. Л ИТЕРАТУРА 1. www.osp.ru 2. www.present5.com 3. www.dammlab.com 4. www.cyberleninka.ru 5. www.studfiles.net 6. www.echo.msk.ru 7. www.stevsky.ru 1,013 нм r g 420 нм V ij