Komputasi Setelah Silikon

Empat tahun lalu, profesor kimia UCLA R. Stanley Williams dan raksasa komputer Hewlett-Packard (HP) membuat perubahan pertengahan karir pada waktu yang sama. Perusahaan telah berkembang menjadi salah satu pembuat komputer dan mikroprosesor terkemuka di dunia, tetapi masih belum memiliki grup riset fundamental. Williams telah menghabiskan lima belas tahun sebelumnya di dunia akademis dan khawatir dia kehilangan kontak dengan realitas bisnis (pada awal karirnya dia telah bekerja selama beberapa tahun di Bell Laboratories.) Solusinya: laboratorium penelitian dasar di HP yang diarahkan oleh Williams.



Sebagai kepala lab, perhatian utama Williams adalah masa depan komputasi. Miniaturisasi progresif dari sirkuit terpadu berbasis silikon telah menghasilkan mesin yang lebih kecil, lebih murah, dan lebih bertenaga. Chip canggih sekarang memiliki fitur sekecil beberapa ratus nanometer (satu nanometer adalah sepersejuta meter). Itu kecil. Namun menurut perhitungan Williams, kemampuan untuk terus mengecilkan perangkat berbasis silikon kemungkinan akan terhenti di suatu tempat sekitar tahun 2010. Prediksi seperti itu hampir tidak mengejutkan-ahli Silicon Valley lainnya telah mencapai kesimpulan yang sama. Yang mengejutkan adalah bahwa Williams percaya bahwa dia dan kolaboratornya di HP dan UCLA telah menemukan solusi: pewaris silikon yang layak.

penggunaan AC menurut negara

Jika Williams benar, komputasi suatu hari nanti akan bergantung pada komponen berskala nanometer yang murah dan mudah dirakit menggunakan bahan kimia sederhana. Alih-alih teknik saat ini untuk mengukir fitur secara tepat ke dalam chip silikon untuk menciptakan pola yang kompleks dan hampir sempurna, teknisi akan mencelupkan substrat ke dalam tong bahan kimia. Dan jika campurannya tepat, kabel dan sakelar secara kimiawi akan dirakit sendiri dari bahan-bahan ini. Itu akan memungkinkan komputer kecil, murah, dan sangat kuat. Ini adalah visi yang menarik. Namun, bagaimanapun, Lembah Silikon (dan pers populer) penuh dengan visi yang menarik tentang masa depan komputasi. Apa yang membuat ramuan yang Williams masak di HP lebih menarik adalah bahwa ramuan itu bukan sekadar ide. Tahun lalu Williams dan rekan kerjanya menerbitkan sebuah laporan di Science yang menjelaskan arsitektur komputer yang dapat membuat sirkuit yang dirakit secara kimia menjadi layak; dan Juli ini kelompok tersebut menerbitkan makalah Sains kedua, kali ini menjelaskan sintesis komponen potensial pertama dari sakelar elektronik molekuler komputer mereka. Hasilnya menjadi berita utama di surat kabar di seluruh negeri.





Dalam minggu-minggu sebelum hiruk pikuk media, ANAK-ANAK Editor Senior David Rotman mengobrol dengan Williams tentang komputasi setelah silikon, penelitian dasar di perusahaan teknologi tinggi, dan transisi pribadinya dari universitas ke sektor swasta.

TR: Anda datang ke HP pada tahun 1995 untuk mendirikan laboratorium penelitian dasar setelah menjadi profesor di UCLA. Apa misi Anda?
WILLIAMS: Hewlett-Packard tidak pernah benar-benar memiliki kelompok riset dasar. Di masa lalu, ada diskusi di dalam HP di mana orang-orang berkata, kami benar-benar harus melakukan penelitian yang lebih mendasar, kami benar-benar harus mengembalikan pengetahuan ke diskusi filosofis semacam itu. Dan selalu ada beberapa orang yang melakukan pekerjaan mendasar. Namun HP menyadari bahwa mereka harus membuat grup terpisah yang lebih terisolasi dari tuntutan harian penelitian produk untuk memiliki upaya yang berkelanjutan. Saya dihubungi dan ditanya apakah saya tertarik untuk mencoba membuat grup riset dasar. Saya sangat percaya, dan bahkan saya percaya lebih kuat sekarang, bahwa penelitian fundamental memiliki nilai nyata bagi sebuah perusahaan.

TR: Bagaimana Anda menunjukkan nilai itu?
WILIAM: Ada beberapa cara. Salah satunya adalah memberikan visi tentang seperti apa elektronik dan komputasi dalam jangka waktu 10 tahun. Kami juga bertindak sebagai radar teknologi. Kita sering mendengar tentang perkembangan sebelum orang-orang di parit, dan kita dapat mengingatkan mereka bahwa ada peluang menarik atau mungkin ancaman yang datang. Selain itu, kami sedang mengerjakan masalah mendasar sehingga jika kami berhasil, imbalannya bagi perusahaan akan sangat besar. Dan mereka tahu itu. Setiap portofolio investasi cerdas memiliki beberapa peluang panjang.



TR: Apakah semuanya berjalan seperti yang Anda harapkan sejak memulai lab?
WILIAM: Ketika saya datang ke HP, saya memiliki ide-ide yang sangat samar-samar tentang elektronik masa depan. Sekarang kami memiliki peta jalan. Itu luar biasa. Ada beberapa hal yang tidak berjalan seperti yang saya harapkan. Saya berharap memiliki beberapa proyek penelitian bersama dengan laboratorium yang lebih terapan. Meskipun para peneliti sendiri tertarik untuk bekerja dengan kami dan manajer mereka mendorong mereka untuk melakukannya, ketika orang memiliki tenggat waktu untuk dipenuhi, kolaborasi tersebut tidak dapat dipertahankan. Masalah lainnya adalah bahwa kami telah bersaing untuk mendapatkan pendanaan dengan banyak proyek penting secara ekonomi sehingga penelitian dasar tidak berkembang secepat yang dibayangkan ketika saya dipekerjakan. Kami baru mulai tumbuh sedikit.

TR: Seberapa baik kinerja industri teknologi tinggi dalam melakukan penelitian dasar? Apakah itu mencapai keseimbangan yang tepat dalam menyediakan ilmu pengetahuan dasar sambil memperhatikan intinya?
WILIAM: Secara umum, tidak. Dalam lingkungan yang sangat kompetitif saat ini, perusahaan teknologi tinggi mana pun dapat bangkrut dalam waktu tiga tahun—atau jauh lebih sedikit dengan diperkenalkannya waktu Internet. Sangat sulit untuk memperhatikan jangka panjang, yang bagi direksi beberapa perusahaan adalah kuartal setelah berikutnya. Bahkan di laboratorium penelitian perusahaan, tekanan untuk menjadi lebih selaras dengan divisi produk, memperpendek siklus penelitian dan pengembangan, dan memerangi kebakaran sehari-hari telah meruntuhkan pandangan sebagian besar manajer dan peneliti menjadi hanya beberapa tahun.

TR: Apa artinya bagi industri komputer?
WILIAM: Saya pikir memiliki komponen penelitian dasar yang kuat di laboratorium perusahaan menjadi keuntungan strategis. Hal ini terutama terjadi pada perusahaan teknologi tinggi yang bergantung pada kemajuan elektronik. Akan ada imbalan ekonomi yang sangat besar bagi perusahaan dan negara yang berhasil memanfaatkan struktur skala nanometer dan fenomena kuantum untuk aplikasi komputasi, komunikasi, dan pengukuran. Ini semua masih dalam level riset dasar, tetapi akan menjadi fondasi teknologi jauh sebelum saya siap pensiun. Perusahaan yang tidak mengikuti perkembangan tidak akan bisa mengejar ketinggalan nantinya. Fortune 100 akan terlihat jauh berbeda dalam sepuluh tahun daripada sekarang, dan pembeda yang signifikan adalah investasi dalam penelitian dasar.

TR: Mari kita bicara tentang masa depan komputasi secara lebih spesifik. Anda sering mengacu pada batasan komputasi berbasis silikon. Apa batas-batas itu?
WILIAM: Ada dua masalah yang sangat berbeda yang dihadapi industri semikonduktor selama dekade berikutnya. Salah satunya adalah ekonomi. Biaya membangun pabrik untuk membuat setiap generasi baru chip silikon telah meningkat dengan faktor sekitar dua setiap tiga tahun. Pabrik fabrikasi senilai $ 10 miliar, atau luar biasa, tidak jauh. Pada tahun 2010 sebuah fab kemungkinan akan menelan biaya miliar. Masalah kedua, yang merupakan salah satu alasan utama untuk yang pertama, adalah bahwa transistor berbasis silikon mulai mengalami beberapa keterbatasan fisika dan material dasar karena semakin kecil. Misalnya, jumlah elektron yang digunakan untuk mengganti transistor efek medan - andalan komputer saat ini - hidup dan mati turun menjadi ratusan, dan karena semakin rendah akan ada masalah parah dengan fluktuasi statistik yang dapat bertindak secara acak. nyalakan dan matikan. Ada juga masalah yang terkait dengan fisika litografi tradisional [penggunaan pola cahaya untuk mengetsa pada chip silikon], seperti bagaimana memposisikan wafer secara akurat dengan presisi beberapa nanometer. Masing-masing masalah ini memiliki perbaikan teknologi yang dapat menekan satu atau dua generasi lagi, tetapi fakta bahwa begitu banyak masalah sekarang harus ditangani secara bersamaan hampir membuat kewalahan.



TR: Akankah teknologi berbasis silikon tiba-tiba menemui jalan buntu?
WILIAM: Dari sudut pandang fisika, tidak ada alasan mengapa industri tidak bisa turun ke perangkat sekecil 50 nanometer. Tetapi masalahnya adalah bahwa menuju ke sana menjadi semakin menantang dan semakin mahal. Daripada mencoba memainkan permainan, banyak perusahaan akan membuat keputusan ekonomi bahwa mereka tidak akan membuat chip yang canggih. Saya telah mengkhotbahkan ini selama beberapa waktu, dan bahkan saya terkejut melihat betapa cepatnya hal ini terjadi. National Semiconductor-inilah perusahaan dengan semikonduktor tepat atas namanya-tidak akan membuat mikroprosesor generasi berikutnya lagi. Faktanya, Hewlett-Packard baru-baru ini mengumumkan bahwa prosesor canggihnya akan dibangun di dalam pengecoran (pengecoran adalah pabrikan yang memproduksi perangkat berdasarkan kontrak). Pada akhirnya akan ada satu atau dua fab di dunia yang membangun perangkat dengan teknologi canggih, dan fab tersebut mungkin akan dibiayai sebagian besar oleh pemerintah. Yang berarti itu mungkin tidak akan terjadi di Amerika Serikat.

kapan voyager 1 mati?

TR: Dan pada tingkat ini, berapa lama waktu yang dibutuhkan?
WILIAM: Dugaan saya adalah sebelum 2012. Ini adalah pertandingan besar. Siapa yang mau menghabiskan uang untuk fab baru?

TR: Bagaimana biaya produksi yang meningkat pesat, dan efek selanjutnya dari perusahaan yang keluar dari manufaktur, mempengaruhi mikroelektronika?
WILIAM: Harga barang yang kita beli hari ini tidak akan naik secara substansial, tetapi kita tidak akan melihat peningkatan dramatis dalam kinerja dan penurunan biaya untuk perangkat berbasis silikon yang telah kita lihat di masa lalu. Dan fakta bahwa begitu banyak perusahaan besar keluar dari penelitian proses silikon pasti akan merusak inovasi dalam mikroelektronika untuk sementara waktu. Namun, ini juga akan membuka pintu bagi banyak pengusaha dan penemu skala kecil yang ingin membuat perangkat elektronik dan proses fabrikasi yang benar-benar baru. Saya pikir dekade berikutnya akan memberikan salah satu ledakan kreativitas terbesar yang telah kita lihat sejak penemuan transistor.

TR: Anda telah memperkirakan bahwa, pada tingkat penyusutan saat ini, perangkat berbasis silikon akan mulai mencapai batas fundamental sekitar tahun 2010. Dalam hal menemukan dan mengembangkan teknologi baru untuk menggantikan silikon, sebenarnya tidak terlalu jauh di masa depan, bukan?
WILIAM: Ini sangat dekat. Belum ada pewaris pasti teknologi silikon. Untuk menyiapkan teknologi baru saat itu, kita harus bekerja keras sekarang. Di HP, kami memiliki kandidat yang menurut kami cukup bagus, tetapi saya pikir teknologi dan ekonomi masa depan negara ini akan jauh lebih baik jika ada lebih dari satu ahli waris, jika ada beberapa kelompok dengan ide unik yang bersaing. Ada beberapa ide bagus di luar sana, tetapi tidak cukup.

TR: Saya terkejut bahwa tidak ada lagi, mengingat apa yang dipertaruhkan.
WILIAM: Banyak penelitian berada pada tingkat perangkat diskrit. Tetapi hanya ada sedikit pekerjaan berskala arsitektur yang sedang berlangsung. Alih-alih melihat unit dasar diskrit, kami melihat fungsi seluruh rangkaian.

TR: Daripada mencoba membuat sesuatu dalam skala nanometer, dan kemudian khawatir tentang bagaimana Anda mungkin bisa menggunakannya, Anda sudah memikirkan…
WILIAM: Struktur keseluruhan yang potensial. Sebagian besar orang yang bekerja di bidang ini pada dasarnya mencoba mencari cara untuk membuat analog molekuler dari perangkat elektronik yang ada; kemudian mereka berharap mereka akan menemukan cara untuk menghubungkan semua hal ini untuk membuat sirkuit atau sistem. Orang-orang pada dasarnya bekerja keras untuk membuat satu batu bata dan berharap bahwa begitu mereka berhasil, mereka dapat menemukan cara untuk membangun sesuatu darinya. Di sisi lain, kami memiliki gambar arsitektur seluruh bangunan, dan kami sedang mencari bahan terbaik untuk membangun bangunan itu.

TR: Ambisi Anda adalah menggunakan cetak biru ini untuk membangun jenis komputer yang sama sekali baru, yang dibuat menggunakan kimia daripada litografi, bukan?
WILIAM: Tujuan kami adalah untuk memproduksi sirkuit di lemari asam kimia sederhana menggunakan gelas kimia dan prosedur kimia normal. Alih-alih membuat perangkat yang sangat kompleks dan sempurna yang membutuhkan pabrik yang sangat mahal, kami akan membuat perangkat yang sebenarnya sangat sederhana dan rentan terhadap kesalahan manufaktur. Mereka akan sangat murah untuk dibuat, dan sebagian besar nilai ekonomi akan datang dalam program mereka.

TR: Tampaknya sedikit berlawanan dengan intuisi bahwa cara membuat mikroelektronika lebih kecil dan lebih kuat adalah dengan membiarkannya rusak.
WILIAM: Setahun yang lalu kami menerbitkan sebuah makalah di Science di mana kami berbicara tentang apa yang akan diperlukan untuk membuat komputer menggunakan perakitan bahan kimia. Jawabannya adalah Anda harus memiliki arsitektur komputasi yang memungkinkan sistem memiliki banyak cacat produksi, banyak kesalahan. Kami menyebutnya arsitektur yang tahan cacat. Kami membahas contoh komputer yang telah dibangun di sini di Hewlett-Packard yang disebut Teramac. Ini adalah pola dasar komputer kami; kami berpikir bahwa di masa depan hal-hal yang didasarkan pada skala molekul atau objek skala nanometer harus memiliki sebagai bagian dari prinsip pengorganisasian mereka desain toleran cacat ini karena tidak mungkin membuat hal-hal kecil seperti itu dengan sempurna.

mengapa philo farnsworth menemukan televisi

TR: Ceritakan sedikit tentang asal usul ketertarikan Anda pada Teramac.
WILIAM: James Heath, seorang profesor kimia UCLA, dan saya menghabiskan setidaknya satu setengah tahun mempelajarinya sebelum kami siap untuk membangun apa pun. Kami melakukan serangkaian diskusi dengan seorang arsitek komputer di HP, Philip Kuekes, tentang toleransi cacat, dan Phil mulai berbicara kepada kami tentang komputer yang telah dia bantu buat. Mereka telah memutuskan untuk membangunnya dari komponen silikon yang tidak sempurna atau cacat, karena itu akan jauh lebih murah, dan hanya menangani masalah apa pun yang muncul dengan menggunakan perangkat lunak pintar.

TR: Dengan kata lain, Anda membayar untuk kesempurnaan materi.
WILIAM: Sangat. Kesempurnaan membutuhkan banyak uang. Dan saat Anda menjadi lebih dan lebih kompleks, biaya kesempurnaan menjadi lebih tinggi dan lebih tinggi. Itulah alasan utama mengapa biaya fab meningkat secara eksponensial. Apa yang kami katakan adalah bahwa jika kami dapat membuat hal-hal yang tidak sempurna tetapi masih berfungsi dengan sempurna, maka kami dapat membangunnya dengan lebih murah.

TR: Bagaimana Anda membuat sesuatu yang tidak sempurna bekerja dengan sempurna?
WILIAM: Teramac memiliki arsitektur yang bergantung pada struktur yang sangat teratur yang disebut palang, yang memungkinkan Anda menghubungkan input apa pun dengan output apa pun. Jika ada sakelar atau kabel tertentu dalam sistem yang rusak, Anda dapat merutekannya. Anda dapat menghindari masalah. Ternyata Teramac punya bonus besar. Tidak hanya mampu mengkompensasi kesalahan manufaktur, tetapi Teramac juga dapat diprogram dengan sangat cepat dan menjalankan program tersebut dengan kecepatan yang menyilaukan karena memiliki bandwidth komunikasi yang besar.

TR: Saat dibangun, Teramac menggunakan chip silikon, meskipun cacat. Tetapi minat Anda adalah menggunakan arsitektur ini untuk membangun komputer menggunakan proses kimia. Mengapa begitu menjanjikan untuk aplikasi itu?
WILIAM: Teramac dibangun sebagai alat untuk menunjukkan kegunaan toleransi cacat untuk membangun sistem yang kompleks dengan lebih murah. Meskipun sukses, Teramac desktop belum layak secara ekonomi. Mungkin arsitektur seperti Teramac akan membantu untuk memperluas sirkuit terintegrasi silikon satu generasi atau lebih dengan membuat fab lebih murah untuk dibangun, tetapi kami melihat potensi besar untuk arsitektur ini dalam pembuatan kimia sirkuit terpadu. Merakit perangkat dan memesannya dengan cara kimia akan menjadi proses yang rawan kesalahan. Namun, kami sekarang memiliki bukti bahwa sistem yang sangat rusak dapat beroperasi dengan sempurna.

politik internet

TR: Arsitektur aktual ini dapat memberikan cara aktual untuk melakukan komputasi?
WILIAM: Itu nyata. Perangkat keras dibangun, diuji dan diprogram. Konsep-konsepnya dipahami dengan sangat baik dan sangat kuat. Sekarang tahap kedua dari semua ini adalah untuk melihat apakah kita dapat menggunakan ide-ide yang muncul dari penelitian dasar dalam nanoteknologi-ide-ide perakitan sendiri, membangun unit-unit kecil yang teratur menggunakan prosedur-prosedur kimia-untuk benar-benar membuat sesuatu yang berguna. Makalah Sains kami Juli ini, kami yakini, merupakan langkah besar pertama ke arah itu di mana kami menunjukkan bahwa peralihan elektronik molekuler itu mungkin.

TR: Apa berikutnya?
WILIAM: Dalam dua tahun, kami berharap dapat merakit secara kimiawi sebuah memori 16-bit operasional yang muat dalam persegi 100 nanometer di satu sisi. Saat ini, satu bit dalam memori silikon jauh lebih besar daripada mikrometer persegi. Jadi, kami mencari peningkatan setidaknya tiga kali lipat dalam kepadatan memori. Tujuan jangka panjang kami, sejujurnya, adalah membangun seluruh komputer hanya dengan menggunakan proses kimia. Tujuan khusus itu adalah 10 tahun dari sekarang jika semuanya berjalan dengan baik, dan itupun kami akan membuat sirkuit yang cukup sederhana. Tapi itu harus dimulai di suatu tempat.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan