Új Szó - Vasárnapi kiadás, 1988. július-december (21. évfolyam, 26-52. szám)
1988-11-11 / 45. szám
IJSZÚ 17 TUDOMÁNY TECHNIKA A mikroelektronika fejlődése, amelynek az utóbbi időben tanúi lehetünk, túlnő mindenféle eddigi elképzelésen. A számítógépek, amelyek tíz évvel ezelőtt még helységeket töltöttek meg, ma elférnek az asztalon. A mikroelektronika áthatott szinte minden műszaki alkotást, amelyet valaha az ember létrehozott, egyre inkább és egyre nagyobb mértékben részévé válik az emberek magánéletének is. Ugyanakkor nálunk, mivel ezen a területen jelentősen elmaradtunk a fejlett ipari országoktól, ez a folyamat, az elektronika és a mikroelektronika korszaka még csak most kezdődik. Van-e a jelenlegi fejlődésnek valahol határa, vagy továbbra is a meredek fejlődési ütem lesz érvényben, s ha igen, milyen irányba? Az emberi tevékenység sok ágában próbálnak a szakemberek bepillantást nyerni a 2000. év mögé, amely dátum minden említéskor valamilyen mágikus erővel bir, és felemás érzéseket kelt, az egyik oldalon a környezet állapota miatt, a másik oldalon viszont a tudományos és műszaki fejlődés kínálta pozitív irányzatok miatt. Hogy milyen szerepet játszik majd ebben a mikroelektronika további fejlődése, azt nehéz megjóAz elektronika távlatai solni. Az eddigi ismereteink azonban azt jelzik, hogy rendkívül fontos lesz majd szerepe. De ugyanilyen rendkívüli lesz majd a mikroelektronika fejlődése is. Megpróbálkozhatunk a fejlődés különböző irányainak felvázolásával, ahogyan az egyesült államokbeli és japán specialisták látják, s azonnal felmerül az a kérdés is: mi lesz nálunk, marad a 10-15 éves lemaradás, vagy csökken, esetleg növekszik majd? Természetesen ezt a kérdést sem hagyjuk figyelmen kívül. MUNKÁBAN A MIKROVILÁG Az elektronikai rendszerek további generációinak, főleg a számítógépeknek a meghatározó eleme az integrált áramkör lesz majd továbbra is. Az egy chipen elhelyezkedő aktív elemek meredeken növekvő száma, méreteinek jelenlegi csökkenése mellett (amely a teljesítményveszteségek csökkenéséhez és a műveleti sebesség növeléséhez is vezet) azt eredményezheti, hogy nemcsak az eddigi koncepció alapján készülő számítógépek tökéletesednek, hanem új felépítésű számítógépek is létrejöhetnek, mégpedig az emberi agy funkcióinak lemásolásától ösztönözve. De térjünk vissza az integrált áramkörökhöz. Úgy látszik, továbbra is a szilícium lesz az alapvető félvezető- anyag. Ha jelenleg a 16 Mb (millió bit) teljesítményű dinamikus memória a legbonyolultabb áramkör, amelynek a gyártását előkészítik, s mérete 10x10 mm legkisebb szerkezeti eleme pedig 5 mikrométer, akkor 2000- re már számolhatunk azzal, hogy a bitek száma a chipen 1 milliárdra növekszik, 2 mikrométeres szerkezeti elemek alkalmazásával egy 30x30 mm-es szilíciumlapkán. Világos, hogy az elemek ilyen mennyiségét egyetlen chipen kialakítani azt is jelenti, hgy létrehozhatók lesznek különböző célokra előállított struktúrák is. Közben semmi másról nincs szó „csak" a méretek csökkentéséről, a gyártási technológiába vagy a működés fizikai elveibe való beavatkozás nélkül. De ezután sem merülnek majd ki a mikroelektronikai rendszerek továbbfejlesztésének lehetőségei. Ha nem lehet biztonságosan tovább csökkenteni az alapvető elem, a tranzisztor méreteit, szóba jöhetnek a kapcsolóelemek, amelyeknek fejlődése még csak a kezdeteknél van, továbbá a kvantummechanikai efektusok kihasználása, amelyek olyan méreteknél kapnak szerepet, ahol a kapcsolóelem már az elektronpálya korelációjának jellemzőivel hasonlítható össze. Ez már az atomi szintű elemek világa, s ezek az elemek többszörösen kisebbek lehetnek majd, mint a mai chipen található tranzisztorok. ÁBRÁK AZ ATOMOK SZINTJÉN Az egymilliárd elemmel rendelkező integrált áramkörök létrehozása egy gór problémát is jelent, amelyet megbízhatóan kell megoldani, noha úgy tűnhet, hogy a megoldás módjai már jól ismertek. Az első probléma az ilyan bonyolult rendszerek megtervezése. Az ehhez vezető módszer az, hogy az egészet működő blokkokból állítjuk össze, amelyeket attól függetlenül konstruáltak meg, hogy milyen rendszerbe lesznek beépítve. Talán a legbonyolultabb feladat a tervezett rendszer technológiai megvalósítása. Itt fontos szerepet kapnak a litográfiái folyamatok, amelyekkel az adott felületen kialakíthatók kellő számban a tranzisztorok és a passzív elemek és azok összekapcsolása. Tulajdonképpen arról van szó, hogyan vigyük át az ún. maszk (a bekötési ábra) topográfiáját a szilíciumlapocskára. A fotolitográfiai eljárások, amelyekkel a vázlat kicsinyíthető, már nem használhatók a 2 mikrométernél kisebb struktúráknál és főleg nem a 0,2 mm vonalszélésségű struktúrákban. Ilyen esetekben nagyon jól bevált az egyes maszkok bonyolult rajzainak elektronsugárral való „megrajzolása" hasonló módon ahogy a kép is kirajzolódik a képernyőre. Természetesen összehasonlíthatatlanul kisebb átmérőjű sugárról és sűrűbb sortávolságról van szó. Amíg a tévé elektronsugara 0,5 mm átmérőjű, és a sorok száma 625, az elektron litográf sugarának 0,1 mikron az átmérője (tehát 5000-szer kisebb) és a sorok száma eléri a százezret. Ez azt jelenti, hogy az elektron-litográf 1 négyzetcentiméteres felületre kb. 25 ezer televíziós képet képes felrajzolni. A maszk rajzát ugyanakkor „író" elektronsugárral készítik, amelynek kítérítését számítógéppel vezérelt elektromos vagy mágneses mező végzi. Ez a soros módszer (az ábrát pontról pontra rajzolja) az VLSI áramkörök (ultra large scale integration - ultra- sűrű integráció) rajzolására mégsem gazdaságos, főleg a berendezés árát tekintve nem az (3 millió dollár). Ezért paralell folyamatot kell alkalmazni, és a maszkot paralell tervezési vázlat alapján megrajzolni. Négy lehetőség közül választhatunk a médium meghatározásánál, amellyel a maszkot átvihetjük a szilíciumlapra: az ibolyántúli sugárzás, az exciomer (193 nanométeres hullámhosszú) lézer, a röntgensugár, az elektronok és az ionok. Már csak az egyes módszerek elveinek ismertetése is nagy terjedelmet igényelne ezért ettől eltekintünk, de mindegyik módszer fejlesztése nagy költségek fel- használásával folyik. PÁRHUZAMOS RENDSZEREK Nem mellőzhető probléma a tervezett és a megvalósult szerkezet összehasonlítása és ellenőrzése sem. Vonatkozik ez a formális hibakeresésre éppen úgy, mint a működési hibák felfedésére, ha az integrált áramkör nem az elvárt módon dolgozik. Megmutatkozott, hogy ennek az összetett, de nélkülözhetetlen műveletnek rendkívül hatékony eszköze megíntcsak az elektronsugár, mégpedig a raszteres elektronmikroszkóp igénybevételével. Az elektronmikroszkóp érintés nélkül közvetít információkat a tanulmányozott ULSI, vagy a későbbiekben a GSI (giga scale integráción) típusú integrált áramkörök topográfiai jellemzőiről ps működőképességéről. Az elektronsugár ugyanis érintkezés nélkül mérheti az integrált áramkör különböző pontjainak potenciálját, sztatikus és dinamikus üzemben is, és feltérképezheti a potenciáleloszlást az áramkör egyes kiválasztott részein. így a tervezői és technológiai hibák keresése néhány hónapról néhány napra csökenhet. Mi várható tehát az integrált áramkörök fejlesztésének felvázolt irányaitól? Nagy jelentőségű lesz minden bizonnyal a paralell architektúrával felépített számítógép, amely különböző számú processzor egyidejű párhuzamos működésén alapul. Ez lehetővé teszi, hogy rendkívüli mértékben megnövekedjen a másodperc alatt végzett műveletek száma, amely képessé teszi a számítógépet például néhány ezer poligon ábrázolására, reális időben, nagy felbontóképességgel a szükséges színskálában. Lehetővé válik különböző fizikai folyamatok ábrázolása a tudomány és technika egyes területeiről (a molekulák rezgése, újabb atom hozzáadásánál, a mozgó objektumok körüli levegöármalás és hasonlók), amikor is az ábrázolás háromdimenziós lesz. Az IBM által létrehozott jelenlegi rendszer 16 millió tranzisztort tartalmaz. A jövőben nem lesz probléma ezt egyetlen chipre felvinni. A számítógépes szimuláció sok esetben összehasonlíthatatlanul gyorsabb, olcsóbb és szemléletesebb lesz, mint a valódi kísérlet. Megvalósíthatóvá válik a számítógép hanggal, vagy kézírással való vezérlése. A jelenlegi rendszer 20 ezer rövid szünetben kimondott szó megkülönböztetését teszi lehetővé egy IBM AT személyi számítógép segítségével. Négy évvel ezelőtt ez a berendezés egy egész helyiséget betöltött. Mi lesz 10 év múlva? Nagy lehetőségek nyílnak a szakértői rendszerek előtt is, ha figyelembe vesszük azokat az irányzatokat, melyekről már szó volt. A BELÉPŐT NEM KÖNNYŰ MEGSZEREZNI Vitathatatlan, hogy a mikroelektronika fejlődése globális problémává vált. Egy ország nem eléggé erős - főleg ha kis országról van szó -, hogy a legmodernebb mikroelektronikai eredmények alkalmazásával lépést tartson, vagy azt értelmes intervallummal kövesse, hogy a legfejlettebb ipari államok szintjének elérésére törekedjen. A tények egész sora bizonyítja azonban, hogy az egész szocialista tábor, ahol a valós együttműködés és munkamegosztás sajnos még mindig nagyon alacsony szinten van, tehát a szocialista országok együttesen sem képesek az eljövendő elektronikai fejlődésbe úgy beleszólni, hogy függetlenek maradjanak a világ többi részétől. Az elektronika sokoldalú fejlesztéséhez és kihasználásához tehát csak a globális együttműködés megvalósításával vezet út. Ez a folyamat azonban nem lehet egyirányú áramlás. Ehhez hozzá kell járulni, ebbe „be kell szállni" olyan területeket kiválasztva a részvételhez, ahol a lehetőségek a legnagyobbaknak mutatkoznak. Ezt a területet gondosan kell megválasztani és természetesen a kellő mértékben támogatni. Tudni kell azonban, hogy ebbe a jelentős és csak nagy költségekkel üzemeltethető ágazatba a belépőt nem könnyű és - nem olcsó megszerezni, de mindenképpen törekedni kell rá. (VÉDA A ZlVOT) Távvezérléssel is működtethető a CKD Praha kombinát legújabb a 731 -es sorozatba tartozó tolatómozdonya. A 600 kW-os Liaz motorról a teljesítményt elektromos úton viszik át a kerekekre, amelyek elektrodinamikus fékekkel vannak ellátva. Ez utóbbiak jelentős anyagmegtakarítást hoznak a fékpofák felhasználásánál, az analóg vezérlési rendszer és az üzemanyag-befecskendezés optimalizálása pedig a fogyasztást csökkenti jelentősen. (Kép és szöveg: Szénási) '///SSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSSS/SSSSSSSSSSSSSSSS/SS^ TELEFONUJDONSAGOK A Grundig cég legújabb automatikus telefonhívó készüléke 20 előre beállított számot képes hívni egymás után. Mielőtt kapcsolná a felhívott számot, gépi hangon közli azt a tárolt egy vagy két szóból álló információt is, amely emlékezteti a hívót a beszélgetés témájára. A Teleboy nevű készüléket kiegészíti egy digitális üzenetrögzítő is. A Philips olyan autótelefont fejlesztett ki, amely utazás közben segíti a hívást. Gombnyomásra beindítható a készülékbe betárolt telefonszámok tulajdonosainak felsorolása. Amikor a vezető a kívánt nevet hallja, leállítja a listázást, és a készülék automatikusan hívja a kívánt számot. A De Te We cég video-képtávírójával - minőségtől függően - 7-40 másodperc alatt lehet telefonvonalon továbbítani a kamera által felvett és digitalizált képet. Korábban felvett képek vagy kinagyított részletek is továbbíthatók a készülékekkel: a gép munkatárölójában 27 kép tárolható. Ha maradandó papírképre van szükség, printer csatlakoztatható a készülékhez. Képátvitel közben a telefonvonalon beszélni nem lehet, utána azonban visszakapcsolhatunk beszédátvitelre és folytathatjuk a beszélgetést. ionsugárral javítható a mikrochip Az oxfordi egyetem mellett működő OAR vállalat (Oxford Applied Research) - egyebek mellett - ionsugaras megmunkálógépeket készít különböző célokra. Egy chip-gyártó cég fordult azzal hozzájuk, hogy próbáljanak megjavítani 8 db chipet, melyeken rövidzárlat jelentkezett. Kiderült, hogy az ionsugár alkalmazásával ez valóban sikerülhet. Az OAR cég gépe igen kis és pontos vágásokat készít, akár 1 mikrométer pontosságú fókuszállást is képes teljesíteni. Az ionsugaras technikának más hasonló vágási technikához képest vannak előnyei: a lézerek például nagy teljesítménnyel vágnak ugyan, de éppen ezért a vágott anyag elgózölög, és a gőz rárakódhat a környező felületekre. Az elektronsugár is alkalmas anyageltávolításra, de az elektronok tömege kisebb az atomokénál, ezért az anyageltávolítás nem elég hatékony. Az ionok tömege nagyjából azonos az atomokéval, ezért nagyobb a kinetikus energiájuk, mint az elektronoknak. Ez az energia elegendő ahhoz, hogy az anyagból egy-egy atomot kilökjön. A kísérlet bizonyította, hogy a chipek rövidzárlatát meg tudják szüntetni: a vágás mérete 2 mikron széles, 20 mikron hosszú és 1 mikronnal sekélyebb lett. Ezzel a kísérlettel új piac született: a chipek javítása bérmunkában és az ionsugaras gépek szállítása a nagy chip-gyártó cégek számára, amelyek saját selejtjavításaikat ezután maguk képesek elvégezni. Az ionsugaras vágás egyelőre csak egyrétegű áramkörökhöz alkalmazható. TÖRÖLHETŐ OPTIKAI LEMEZ Az optikai lemezek hatalmas információmennyiséget képesek hordozni; amit viszont egyszer felvettek rá, az ott is marad, nem változtatható. Az ideális lemez ötvözné az optikai lemez tárolóképességét a mágneslemez törölhetőségével és újraírhatóságával. Az egyik legnagyobb lemezgyártó cég, a Verbatim, úgy tűnik, kifejlesztette a csodalemezt, mert 1988-ra a 3,5 colos, törölhető optikai lemez bevezetését, két éven belül pedig kereskedelmi gyártását ígérik. A tárolókapacitás 50 megabit lenne, ami a ma gyártott - hasonló méretű - lemezek tárolóképességének 50-szerese. KÜSZÖBÖN AZ IONRAKÉTA Amióta a kínaiak a tűzijátékot feltalálták, elvben mit sem változott a rakétameghajtás. A vegyi reakció során keletkező forró gáz térfogata hirtelen megnő és távozik a rakétából. Minél gyorsabb a gáz kiáramlása, annál nagyobb a rakétát továbbító reakcióerő. Ezért folytatnak kísérletet olyan rakétákkal, amelyekben elektromos töltéssel rendelkező higanyatomokat gyorsítanak fel - elektronikus úton - igen nagy sebességre. Az ilyen rakétáknál az ionok kiáramlása sebessége légüres térben akár 50 km is lehet másodpercenként, ami 10-szer nagyobb, mint a hagyományos rakétákból kilövellő gázrészecskéké. Miután a tolóeró-impulzust a kiáramlási sebesség és a kiáramló anyag tömegének szorzata adja, az ionmeghajtású rakétákhoz kevesebb hajtóanyagra van szükség. Az NSZK-ban elkészítették és 1000 órás járatással bemérték az első ionmeghajtású hajtómű működtetéséhez szükséges energiát napelemek szolgáltatják majd, de elképzelések vannak kis atomreaktorok alkalmazásáról is. ^////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////.^ 88. XI. 11. Az atomi világ szintjén
