Micro Systèmes n°99 jui/aoû 1989
Micro Systèmes n°99 jui/aoû 1989
  • Prix facial : 30 F

  • Parution : n°99 de jui/aoû 1989

  • Périodicité : mensuel

  • Editeur : Société Parisienne d'Edition

  • Format : (203 x 271) mm

  • Nombre de pages : 188

  • Taille du fichier PDF : 156 Mo

  • Dans ce numéro : grandes écoles... du clavier au charbon.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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FENETRE SUR Le retour de Babbage En 1833, Charles Babbage a commencé à mettre au point un « Instrument analytique », ordinateur mécanique numérique actionné à la vapeur et mu par des tiges, des bielles et des engrenages. Cette machine ne fut jamais terminée. Aujourd'hui, cent cinquante ans après, Drexler propose un ordinateur similaire mais à l'échelle nanométrique. Dans ce qu'il appelle lui-même « une thèse réellement conservatrice », Drexler a évité bon nombre des questions embarrassantes de la physique quantique en concevant un ordinateur similaire à celui de Babbage qui enverrait des signaux en poussant et en tirant sur des tiges de carbone de la taille d'un atome. Drexler pense que les nano-ordinateurs les plus performants utiliseront l'électronique moléculaire. L'attrait du nanoordinateur mécanique est cependant plus facile à concevoir et à comprendre. Drexler le voit comme une sorte de pis-aller dans l'informatique moléculaire : « Nous serons au moins capable de faire cela bien », dit-il. Les tiges dans un nano-ordinateur de Drexler seraient des chaînes d'atomes de carbone en une seule file, juxtaposées pour former des torons de la largeur d'un atome, et d'un micron de longueur. Les tiges sont garnies de « boutons », un tout les quelques nanomètres, et sont assemblées ensemble en une matrice tridimensionnelle à verrouillage réciproque. Elles glissent en avant et en arrière dans des canaux à l'intérieur d'un cadre rigide, se croisant à angle droit comme un puzzle fantastiquement complexe. A l'endroit où les tiges se rencontrent, un bouton sur l'une d'elles peut bloquer l'intersection, empêchant ainsi le bouton correspondant de l'autre tige d'être tiré (voir l'encadré « Tiges et bou tons »). Drexler estime qu'un nano-ordinateur à logique de tiges fonctionnellement équivalent à un microprocesseur simple serait inférieur à 100 nm en dimension. Bien qu'il soit plus lent qu'un système électronique comparable, il serait toutefois plus rapide qu'un Cray. Même si les tiges se déplacent à moins de 10 mètres par seconde, elles n'ont besoin de se déplacer que de quelques nanomètres, ce qui donne des vitesses de portes inférieures à la nanoseconde. Pour des mémoires RAM à grande vitesse, Drexler suggère un bloc de cellules à mémoire mécanique avec les tiges coulissantes 148 - MICRO-SYSTEMES et des onglets qui programment les données en bloquant certaines tiges et en laissant les autres se déplacer. 64 Ko de cette mémoire RAM feraient à peu près 70 nm de côté. En mémoire de masse, les ordinateurs pourraient utiliser les longues molécules de polyéthylène comme ruban sur lequel les données seraient stockées dans les atomes de carbone. Ce genre de ruban serait 100 fois plus dense que la mémoire RAM mécanique à grande vitesse. Un système à 64 Ko, y compris le ruban, la bobine, le dispositif d'entraînement et l'appareillage de lecture-écriture mesurerait environ 10 nm. Dans sa plus grande partie, la solution de Drexler, en ce qui concerne le problème du contact, sera de ne pas avoir de contact. Plutôt que d'utiliser des nano-ordinateurs comme des PC minuscules et d'entrer en contact avec eux directement au moyen de claviers et d'écrans, il préfère leur donner des fonctions plus adaptées à leur taille. Il voit ses nano-ordinateurs comme des agents autonomes qui pourraient se placer dans des cellules humaines pour surveiller des appareillages qui répareraient des défauts ou des dégâts ou qui pourraient diriger des assembleurs de molécules qui construiraient d'autre nano-ordinateurs. En évitant l'électronique, les ordinateurs de Drexler évitent ce qu'il y a de pis dans les incertitudes provenant des électrons. Comme leurs équivalents moléculaires, ces ordinateurs dissipent peu de chaleur et leur composants peuvent être implantés tout près les uns des autres de façon très dense. Drexler pense que les technologies qui nous permettent de faire des nano-ordinateurs vont être à même d'éliminer presque complètement les défauts de fabrication. Comment construire un nano-ordinateur Une grande partie, si ce n'est la majeure partie, du travail pour fabriquer un nano-ordinateur, revient actuellement aux chimistes. Cela peut paraître étrange, mais il faut savoir que les chimistes construisent des molécules à l'échelle nanométrique depuis des dizaines d'années. La construction de molécules est donc un travail de chimistes. La chimie et la science de l'ingénierie génétique, qui est sa proche cousine, tracent à elles deux la voie pour fabriquer des nano-ordinateurs. Les portes moléculaires peuvent être produites par brassage dans des tubes à essai au moyen de réactions chimiques, ou bien assemblées, par petits groupes de molécules, en films très fins. Les techniques d'ingénierie génétique permettent de fabriquer des molécules très complexes par fragments successifs. Ces méthodes sont employées actuellement pour construire les portes simples en technologie moléculaire, c'est le cas par exemple des portes NON-ET. Les spécialistes en ingénierie génétique peuvent produire à la demande des protéines spéciales qui lient ensemble des molécules choisies. Ces protéines-conceptrices pourraient être capables demain de produire les dispositifs électroniques moléculaires, elles liront des instructions et assembleront les pièces des composants comme les ribosomes qui, dans les cellules, lisent les codes génétiques et assemblent les protéines. Les circuits de molécules pourraient donc s'assembler d'elles-mêmes à partir de solutions dans les tubes à essai. En plus d'être fantastiquement bon marché, cette méthode serait presque parfaitement fiable parce que l'assemblage sélectif de molécules individuelles garantirait le bon « montage ». Beaucoup de chercheurs pensent que la fabrication à grande échelle de circuits moléculaires exigerait de disposer de tels systèmes biologiques. Une autre voie pour parvenir au nano-ordinateur est la manipulation directe. Un appareil appelé microscope électronique à balayage et tunnelage (STEM) utilise le phénomène du tunnelage des électrons pour reproduire des images des atomes individuels. Par ailleurs, en régulant le courant dans une aiguille tenue à quelques nanomètres au-dessus d'une surface, les chercheurs peuvent parfois saisir des molécules et des atomes individuels (seuls) pour les déplacer ou les séparer. Ce sont des phénomènes qu'on arrive encore très difficilement à maîtriser, mais cela s'améliore. Avec le temps, nous pourrions manipuler des molécules comme des jeux de construction en les disposant ensemble pour faire des circuits, des fils, des tiges et des engrenages microscopiques. La technologie fournie par le microscope électronique à balayage et tunnelage, ou quelque chose d'approchant, pourrait aussi devenir la base d'un système de stockage de données. Les bits pourraient bien être des pastilles d'atomes à la surface du médium de stockage. Si un bit est une pastille de 10 atomes par côté, un centimètre carré en contiendrait 10 trillions. La totalité de tous les livres jamais écrits tiendrait dans un espace de 20 centimètres carrés. Juillet/Août 1989
Si cela arrivait... Si nous devons fabriquer des ordinateurs moléculaires, les portes moléculaires et les interrupteurs devront être combinés pour former des circuits complexes. On fait peu de travaux actuellement dans ce sens car les portes sont loin d'être fiables. Personne ne travaille actuellement à fabriquer un ordinateur mécanique comme celui de Drexler. Les systèmes moléculaires décrits dans cet article sont encore tous au stade de la recherche de base. Il faudra peut-être dix à quinze ans encore avant qu'on puisse voir apparaître sur le marché des pro- duits élaborés à partir de l'électronique moléculaire. Dans l'intervalle, les ordinateurs vont continuer à devenir de plus en plus petits et de plus en plus rapides. Les microprocesseurs ont changé notre vie. Ma montre de 200 F contient une petite puce qui donne l'heure, fait des calculs et garde en mémoire mes numéros de téléphone et mon calendrier de rendez-vous. L'équivalent moléculaire d'un ordinateur IBM PC, de la taille des appareils projetés par Drexler, pourrait dans le pire des cas, se loger dans un volume qui sera plusieurs milliers de milliards de fois plus petit qu'une cuillère à café. Des ordinateurs moléculaires asso- ciés à des teintures luminescentes pourraient constituer des écrans aussi parfaits que la vie réelle. Avec des pièces et des composants suffisamment petits, nous pourrions modeler un cerveau humain, neurone par neurone. Et si nous continuons de buter sur la réalisation d'un ordinateur submicroscopique, nous aurons sûrement à notre disposition une augmentation en puissance et en vitesse de facteur 3 ou 4 par rapport aux performances actuelles en utilisant la technologie informatique moléculaire. II Mark A. Clarkson Reproduit avec la permission de Byte, mai 1989, une publication de McGraw-Hill Inc. lnm H\C—A N H C4/\/CCi\—CMC—CC—C1 ‘C—CEIC\N—N/CfflC— * C C-"*" F F CMC —Clac —Cice\—c.—CE3C—\N—N TIGES ET BOUTONS l'ordinateur moléculaire mécanique conçu par Erik K. Drexler utilise des circuits logiques basés sur le mouvement d'une multitude de tiges et non pas sur de l'électronique. Les tiges sont munies de deux types de boutons représentés sur la figure A appelés boutons d'attente et boutons de confirmation. les boutons sont conçu spécialement pour ne pas réagir les uns par rapport aux autres quand ils sont en contact. Les tiges se croisent à angle droit. Un bouton d'attente à une intersection empêche que l'on puisse pousser sur un bouton de confirmation correspondant. Sur la figure B (I), le bouton d'attente sur la tige y bloque le rond sur la tige z, ce qui empêche de pousser le rond à gauche. De ce fait le bouton sur la tige de sortie peut monter. Sur la figure 8 (2), la tige z est libre de se déplacer à gauche, ce qui bloquera la tige de sortie. Figure A, ci-dessus : structure d'un bouton d'attente, structure d'un bouton de confirmation. Figure B, ci-dessous (D boutons d'attente, bouton de confirmation) représentation d'une porte NON-ET. Pour commander la porte, toutes les portes de confirmation sont ramenées en arrière (vers le bas ou vers la droite) puis les tiges d'entrée x et y sont placées dans les positions désirées I ou 0, et en dernier les tiges de confirmation sont poussées. Si aucune porte ne bloque les intersections, les tiges se déplacent. les nouvelles positions des tiges se répercutent sur les autres tiges dans les autres portes du circuit. Ju Ilet/Août 1989 MICRO-SYSTEMES - 149



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