Une équipe interdisciplinaire de scientifiques et d'ingénieurs de la MITRE Corporation et de l'Université Harvard a pris des mesures clés vers des systèmes informatiques électroniques ultra-petits qui vont au-delà de la fin imminente de la loi de Moore, qui stipule que la densité des périphériques et la puissance de traitement globale des ordinateurs doubleront tous les deux à trois ans. Dans un article qui paraîtra cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences , l'équipe décrit comment ils ont conçu et assemblé, de bas en haut, un fonctionnement, ordinateur de contrôle ultra-minuscule qui est le système nanoélectronique le plus dense jamais construit.

L'ultra-petit, processeur de contrôle ultra-faible consommation - appelé machine à états finis nanoélectronique ou "nanoFSM" - est plus petit qu'une cellule nerveuse humaine. Il est composé de centaines de transistors nanofils, dont chacun est un interrupteur environ dix mille fois plus fin qu'un cheveu humain. Les transistors à nanofils consomment très peu d'énergie car ils sont "non volatils". C'est-à-dire, les interrupteurs se souviennent s'ils sont allumés ou éteints, même lorsqu'aucune alimentation ne leur est fournie.

Dans le nanoFSM, ces nanocommutateurs sont assemblés et organisés en circuits sur plusieurs « tuiles ». Ensemble, les tuiles acheminent de petits signaux électroniques autour de l'ordinateur, lui permettant d'effectuer des calculs et de traiter des signaux qui pourraient être utilisés pour contrôler de minuscules systèmes, tels que de minuscules dispositifs médicaux thérapeutiques, d'autres minuscules capteurs et actionneurs, ou même des robots de la taille d'un insecte.

En 2011, l'équipe MITRE-Harvard a fait la démonstration d'une seule tuile aussi minuscule capable d'effectuer des opérations logiques simples. Dans leur récente collaboration, ils ont combiné plusieurs tuiles sur une seule puce pour produire un complexe unique en son genre, nano-ordinateur programmable.

"C'était un défi de développer une architecture de système et des conceptions de nanocircuits qui regrouperaient les fonctions de contrôle que nous voulions dans un système aussi minuscule, " selon Shamik Das, architecte en chef du nano-ordinateur, qui est également ingénieur principal et chef de groupe du groupe Nanosystèmes de MITRE. « Une fois que nous avons eu ces conceptions, bien que, nos collaborateurs de Harvard ont fait un travail brillant en innovant pour pouvoir les réaliser."

La construction de ce nano-ordinateur a été rendue possible grâce à des avancées significatives dans les processus qui assemblent avec une précision extrême des matrices denses des nombreux nanodispositifs requis. Ces avancées ont également permis de fabriquer de multiples copies du nanoFSM, en utilisant une approche novatrice dans laquelle, pour la première fois, des nanosystèmes complexes peuvent être assemblés économiquement de bas en haut en se conformant étroitement à une conception préexistante. Jusqu'à maintenant, cela pourrait être fait en utilisant les coûts de l'industrie, méthodes de fabrication lithographiques descendantes, mais pas avec un assemblage ascendant.

Pour cette raison, le nanoFSM et les moyens par lesquels il a été fabriqué représentent une étape vers l'extension de la tendance très importante sur le plan économique de cinq décennies à la miniaturisation selon la loi de Moore, qui a alimenté l'industrie électronique. En raison des limitations de ses méthodes de fabrication lithographiques conventionnelles et des transistors conventionnels, de nombreux experts de l'industrie ont suggéré que la tendance de la loi de Moore pourrait bientôt prendre fin. Certains affirment que cela pourrait se produire dans aussi peu que cinq ans et avoir des conséquences économiques négatives, à moins qu'il n'y ait des innovations dans les technologies de dispositifs et de fabrication, tels que ceux démontrés par le nanoFSM.

James Ellenbogen, responsable des nanotechnologies à MITRE et expert en développement de calculateurs intégrés à l'échelle nanométrique, mentionné, "Le nanoFSM et les nouvelles méthodes qui ont été inventées pour le construire ne sont pas la réponse complète pour l'industrie. Cependant, Je pense qu'ils intègrent des avancées importantes dans deux des domaines clés sur lesquels l'industrie électronique s'est concentrée afin d'étendre la loi de Moore. »

En plus de Das et Ellenbogen, l'équipe de développement de MITRE comprenait James Klemic, directeur du laboratoire de nanotechnologie de la société. Les chercheurs de MITRE, pionnier dans le domaine des nanotechnologies depuis 1992, ont collaboré avec une équipe de trois personnes à Harvard, dirigé par Charles Lieber, un chercheur de renommée mondiale en nanotechnologie.