纳米计算机.ppt

纳米计算机,发展报告及相关,什么是纳米计算机？,纳米计算机指将纳米技术运用于计算机领域所研制出的一种新型计算机。“纳米”本是一个计量单位，采用纳米技术生产芯片成本十分低廉，因为它既不需要建设超洁净生产车间，也不需要昂贵的实验设备和庞大的生产队伍。只要在实验室里将设计好的分子合在一起，就可以造出芯片。大大降低了生产成本。,技术支撑纳米技术,纳米”“纳米”是一个微小的计量单位，一个纳米等于10-9米，大约是氢原子直径的10倍。纳米技术是从20世纪80年代初迅速发展起来的新的科研领域，最终目标是人类按照自己的意志直接操纵单个原子，制造出具有特定功能的产品。,技术支撑纳米技术,纳米技术纳米技术正从MEMS（微电子机械系统）起步；把传感器、电动机和各种处理器都放在一个硅芯片上而构成一个系统。应用纳米技术研制的计算机内存芯片，其体积不过数百个原子大小，相当于人的头发丝直径的千分之一。纳米计算机不仅几乎不需要耗费任何能源，而且其性能要比今天的计算机强大许多倍。,划时代的技术,1989年9月28日，IBM阿尔马登研究中心的科学家、IBM院士DonaldMarkEigler成为历史上第一个控制和移动单个原子的人。当年11月11日，Eigler和他的团队用自制的显微镜操控35个氙原子，拼写出了“I、B、M”三个字母，由此开启了纳米科学和纳米技术的新纪元。,四种可能的实现纳米计算机的途径,1.电子式纳米计算机利用电子的运动来对信息进行处理,在纳米尺度内，利用有限电子的运动所表现出来的量子效应，如隧道(隧穿)效应，等性质来处理信息.2基于生物化学物质与基于DNA的纳米计算机基于自然界存在的生物化学物质，实现分子级器件。,四种可能的实现纳米计算机的途径,3.机械式纳米计算机基于微型马达，它利用分子大小的活动连杆和分子大小的绕轴承旋转的齿轮进行计算。4.量子波计算机该类计算机利用纳米器件的量子态(如一个原子的自旋取向)表示数据(比特)信息，利用和操纵该量子态对应的相干波以实现快速、并行计算。,纳米电子器件,纳米电子器件指利用纳米级加工和制备技术，如光刻、外延、微细加工、自组装生长及分子合成技术等，设计制备的具有纳米级(1100nm)尺寸和特定功能的电子器件。几类常见的纳米电子器件包括：单电子晶体管SET是一个具有栅、源和漏的3端器件。SET的工作原理是利用库仑阻塞效应及单电子隧穿现象来控制在最小隧道结中的单电子隧穿过程。,纳米电子器件,共振隧穿二极管_RTD一类基于电子共振隧穿通过一个双势垒结构中的量子化能级的新器件。量子点元胞自动机QCA利用量子点实现计算的一种方法，这种方法建立在用量子点元胞(cell)电荷构型表示二进制信息编码的基础之上。其它纳米电子器件其它类型的纳米电子器件还包括：纳米CMOS管，纳米传感器，单分子器件等，以及由以上各器件衍生出的电路和器件。,纳米计算机体系结构,研究表明纳米计算机体系结构通过以下途径提高系统性能：局部高度互连统一的处理结构多层次显示并行支持低代价的动态重构能力容错结构,纳米计算机体系结构,QCA辟列(QCAArrays)人工神经网络(SsN)处理器主存兼并系统,需要解决的关键问题,如何加强器件的稳固性和抑制器件的易毁性在单电子存储器中仅需要极少量(100个以下)的电子运动。微弱的噪声，甚至一个至几个电子电量的起伏都会导致某个特征尺寸以下的器件失效。,首台纳米计算机,2013年9月26日斯坦福大学周三宣布，人类首台基于碳纳米晶体管技术的计算机已成功测试运行。该项实验的成功证明了人类有望在不远的将来，摆脱当前硅晶体技术以生产新型电脑设备。斯坦福大学的研究成果基于来自包括IBM等数家科研机构的技术成果之上。碳纳米管是由碳原子层以堆叠方式排列所构成的同轴圆管。该种材料具有体积小、传导性强、支持快速开关等特点，因此当被用于晶体管时，其性能和能耗表现要大幅优于传统硅材料。夏拉克尔团队打造的人类首台纳米电脑实际只包括了178个碳纳米管，并运行只支持计数和排列等简单功能的操作系统。然而，尽管原型看似简单，却已是人类多年的研究成果,纳米计算机的展望,随着半导体芯片越做越小，人们担心，传统的摩尔定律（芯片上的晶体管密度每隔一年半就翻一倍）将走