Нанотехнологии в микроэлектронике

Интегральная электроника устремлена в будущее. Недаром эмблемой фирмы Intel были и люди в космических скафандрах (на самом деле они нужны были для защиты микросхем от банальной пыли и перхоти). Заметим, что только в 2002 и 2003 годах затраты Intel на проведение научных исследований составили более 4 миллиардов долларов каждый год.

Чтобы микропроцессоры с десятками и сотнями миллионов транзисторов не превратились попутно в микроволновые печи (а такая перспектива при работе процессоров на частотах в единицы ГГц, увы, есть), Intel ведет исследования в области нанотехнологий (1 нм = 10^{-9 м). Уже пал барьер геометрического разрешения в 0,1 мкм или 100 нм. А с помощью установок фотолитографии с жесткими ультрафиолетовыми лучами (}EUV) уже удалось получить разрешение менее 40-50 нм.

Толщина диэлектрика полевых транзисторов ныне составляет менее 1,2 нм, что достигается созданием самоформирующихся слоев диэлектрика с толщиной в 3-5 атомных слоев! Для улучшения электрических характеристик кремния используется его растяжение (напряженный кремний), улучшающее атомарную структуру материала.

Вместо алюминия для проводников СБИС все чаще применяется медь - материал с меньшим удельным сопротивлением. Уже нынешний уровень развития нанотехнологий позволяет создавать пластины и даже трубки толщиной в атомный слой, так что возможности этого направления почти безграничны. Они и служат гарантией того, что закон Мура будет соблюдаться еще многие годы.

(Закон Мура, 1975 год: что число интегральных транзисторов на кристаллах микросхем (прежде всего микропроцессоров) будет удваиваться каждые полтора-два года).+ в БелГУ на физмате открыта новая специальность "нанотехнологии".

Массовое распространение персональных ЭВМ изменило требования к программам. Главными из этих требований стали: простота правил работы, эстетичность, надежность программ, универсальность их функций, простота обучения работе на компьютерах.

2.3. Становление информационного общества

1) Многие века общество было аграрным. Главное развитие в нем получило сельское хозяйство, направленное на удовлетворение людей в обычной пище и одежде. Но уже тогда люди стремились освоить приемы вычислений, порой достаточно сложных. Получили развитие, например, геометрия и стереометрия - эти области математики требовались для раздела земельных участков, учета их площадей и т. д., нередко с учетом шарообразности Земли. Бурное развитие получила астрономия, поскольку законы движения Земли вели к смене климата, влияли на урожайность сельскохозяйственных культур.

2) Затем наступил этап индустриализации, характеризующийся бурным развитием техники и созданием крупной промышленной индустрии. Благодаря этому резко возросла производительность людей в сфере производства товаров массового потребления - той же еды, одежды, технических товаров и так далее. Потребовались знания во многих разделах математики, стало развиваться, например, математическое моделирование, возникла необходимость существенного расширения знаний в области математической физики, механики, электро- и радиотехники, биологии и космоса/

Триумфом этого этапа развития общества стало освоение атомной и термоядерной энергии и покорение космоса. Навеки в историю вошли такие замечательные достижения, как полет первого человека в космос (СССР) и высадка людей на Луну (США).

Постепенно экономика стала распределительной, поскольку требовалось решать огромные по масштабам задачи распределения материальных и прочих ценностей, производимых на локальных объектах (заводах, фабриках и прочих предприятиях) по всему миру. Это породило необходимость в специальных знаниях по планированию объемов продукции (линейное программирование), по планированию оптимальных маршрутов для потоков товаров (теория оптимизации и теория графов) и т. д. и т. п.

В настоящее время существует несколько определений информационного общества. Одно из них, наиболее сжатое, но достаточно емкое, принадлежит профессору

Т А.И.Ракитскому. Информационное общество характеризуется тем, что в нем главным продуктом производства являются знания.

Конечно же, лишь экономическая характеристика, которая не может охватить всех аспектов такого многозначного понятия, каким является понятие информационное общество. Однако она отражает главное – приоритет информации как объекта и результата общественного производства.

К отличительным чертам информационного общества относятся:

· Каждый член этого общества в любое время суток и в любой точке страны имеет доступ к нужной ему информации;

· Общество способно обеспечить каждого члена информационными технологиями (как компьютерами, так и средствами связи);

· Общество само способно производить всю необходимую для его жизнедеятельности информацию;

· Только одновременное выполнение этих условий дает возможность говорить о том, что то или иное общество можно считать информационным.

Определены следующие закономерности формирования информационного общества. Формирование информационного общества происходит в передовых странах на наших глазах в результате сложного социотехнического процесса – глобальной информатизации.

Информатизация - организационный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов..

Информатизация общества – процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и деятельности общества.

Стремясь удовлетворить все возрастающие запросы населения в потреблении товаров и услуг, индустриальное общество обеспечило быстрое развитие их массового производства и массового распределения в обществе. Это привело к неизбежной стандартизации многих элементов культуры общества, значительному ограничению проявления индивидуальности людей, повышению рутинности и однообразия во всех сферах общественной жизни. 

3) Во второй половине ХХ века экономика и промышленное производство в развитых индустриальных странах стали приобретать принципиально новые черты. Все большее значение и социальный спрос в обществе начали получать разного рода услуги. В соответствии с этим быстро менялась структура занятости населения. Таким образом начало формироваться постиндустриальное общество – общество оказания и потребления услуг, которое достигло своего расцвета в передовых странах к началу ХХ I века.

Однако наряду с этим в результате роста разнообразия товаров, услуг и техники:

· осуществилась децентрализация и усложнение производства,

· происходило дробление специализации труда,

· усложнение организационной формы управления производством и сбытом продукции.

Появились и быстро стали развиваться новые виды деятельности:

· Реклама;

· Маркетинг;

· Менеджмент. 

Результатом всего этого стал стремительный рост объемов циркулирующей в обществе информации.

Например, для создания крупных заводов или технических объектов (например, морских судов, самолетов, космических кораблей, военных средств и т. д.) требовались огромные объемы знаний. Это привело к невиданному ранее расцвету науки и техники. Ученые подметили характерную для этого времени (примерно два последних столетия) зависимость - за некоторый промежуток времени объем информации возрастал в некоторое число раз. При этом этот промежуток время от времени сокращался.

К примеру, к 1900 году объем знаний удваивался за 50 лет, к 1950 году за 10 лет, к 1970 году за 5 лет, к 1990 году - уже за каждый год, а в наше время еще быстрее. Такой лавинообразный процесс характерен и для химической реакции - взрыва. Потому и стали говорить об информационном взрыве.

4) Постепенно все большее число членов общества (людей) из сферы материального производства и распределения товаров и услуг стало переходить в сферу накопления, обработки и анализа информации.

Основным устройством накопления, хранения и быстрой обработки информации стали компьютеры. Казалось бы, не так давно - в конце 40-х годов двадцатого века - появились первые электронные вычислительные машины (ЭВМ). А персональные компьютеры (ПК) появились совсем недавно - в начале 80-х годов. Но уже в апреле 2002 года число компьютеров во всем мире превысило магический рубеж в 1 миллиард! Это значит, что уже многие миллиарды людей имеют дело с компьютерами.

Информационный взрыв стал одним из признаков перехода нашей цивилизации на новый этап своего развития.Начало новой, информационной эры развития человечества.

Учитывая тот факт, что в этих условиях способности тех или иных стран мирового сообщества к производству, накоплению и использованию знаний является определяющей при оценке перспектив и возможностей дальнейшего развития, следует выделить четыре группы этих стран 1:

· страны, которые производят только сырье, продовольствие и товары народного потребления по иностранным лицензиям;

· страны, производящие техническую продукцию по иностранным лицензиям, частично-оригинальные технологии;

· страны, производящие оригинальные технологии (Япония, Южная Корея);

· страны, производящие не только новые технологии, но и новые знания (США, Германия)

Таким образом, процесс формирования информационного общества, основанный на широкомасштабном использовании информации и научных знаний, осуществляется в мире неравномерно, так как он определяется уровнем общественного развития тех или иных стран.

Процесс перехода от постиндустриального к информационному обществу имеет революционные последствия для развития человечества, так как формируется новый производственный и жизненный уклад, и новая система духовных ценностей.

В развитых странах 2/3 населения называют "белыми воротничками" – людей, не создающих материальные ценности непосредственно, а занятых обработкой информации (в самом широком смысле): это и учителя, и банковские служащие, и программисты, и многие другие категории работников. Появились новые пограничные специальности.

Однако осуществляется он не скачкообразно, а эволюционным путем. Информационная цивилизация формируется и вызревает внутри постиндустриального общества, постепенно (хотя и весьма интенсивно) заменяя его во всех сферах социальной активности людей.

Т Что же может служить критерием, количественным показателем перехода той или иной страны в стадию формирования информационного общества? Сегодня можно указать на три таких показателя:

· экономический критерий, характеризующий долю ВНП, который создается в информационной сфере общества. Считается, что если эта доля более 50 %, то можно считать, что в данной стране начался переход к информационному обществу;

· социальный критерий, количественное выражение которого может служить, например, доля занятого населения, связанного с производством информационных продуктов, средств информации и оказания информационных услуг;

· технологический критерий, определяющий уровень развития информационного потенциала общества в части его информационной техносферы.

Т В качестве такого критерия может служить, например, удельная информационная вооруженность общества, которая определяется как отношение суммарной вычислительной мощности той или иной страны к численности ее населения.

Этот критерий был предложен академиком А.П.Ершовым еще в 1998 году. Он позволяет на основании использования статистических данных о росте населения различных стран мира и уровня развития их вычислительного потенциала не только количественно оценивать текущий уровень их информатизации, но и прогнозировать ожидаемый уровень его развития.

2.4.Что такое информационная технология?

Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы.

Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализоваться с помощью совокупности различных средств и методов.

Т Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям.

Технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.

Информационные технологии реализуются в автоматизированном и традиционном (бумажном) видах. Объем автоматизации, тип и характер использования технических средств зависят от характера конкретной технологии.

Т Автоматизация - замена деятельности человека работой машин и механизмов. Автоматизация управления и информационной системы, автоматизация технологий необходима в следующих случаях:

-физиологические и психологические возможности человека для управления данным процессом недостаточны;

-система управления находится в среде, опасной для жизни и здоровья человека;

-участие человека в управлении процессом требует от него слишком высокой квалификации;

-процесс, которым надо управлять, переживает критическую или аварийную ситуацию.

Автоматизированная информационная технология предполагает существование комплекса соответствующих технических средств, реализующих информационный процесс и системы управления этим комплексом технических средств (как правило, это программные средства и организационно-методическое обеспечение, увязывающее действия персонала и технических средств в единый технологический процесс).

Т Под технологией материального производства понимают процесс, определяемый совокупностью средств и методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья или материала.

Технология изменяет качество или первоначальное состояние материи в целях получения материального продукта (рис. 1).

Рис. 1. Информационная технология как аналог технологии переработки материальных

ресурсов

Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию. Тогда справедливо следующее определение.

Т Информационная технология - процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).

Таким образом, информационные технологии – это машинизированные способы обработки информации, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС).

Глобальная информационная технология включает модели методы и средства, формализующие и позволяющие использовать информационные ресурсы общества.

Базовая информационная технология предназначена для определенной области применения (производство, научные исследования, обучение и т.д.).

Конкретные информационные технологии реализуют обработку данных при решении функциональных задач пользователей (например, задачи учета, планирования, анализа).

Известно, что, применяя разные технологии к одному и тому же материальному ресурсу, можно получить разные изделия, продукты. То же самое будет справедливо и для технологии переработки информации.

Пример. Для выполнения контрольной работы по математике каждый студент применяет свою технологию переработки первоначальной информации (исходных данных задач). Информационный продукт (результаты решения задач) будет зависеть от технологии решения, которую выберет студент. Обычно используется ручная информационная технология. Если же воспользоваться компьютерной информационной технологией, способной решать подобные задачи, то информационный продукт будет иметь уже иное качество.

Т Цель технологии материального производства - выпуск продукции, удовлетворяющей потребности человека или системы.

Т Цель информационной технологии - производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

Для сравнения в приведены основные компоненты обоих видов технологий.

Таблица 1. Сопоставление основных компонентов технологий