Может ли эволюция помочь создать новое поколение чипов

Может ли эволюция помочь создать новое поколение чипов

В 1965 году, основатель компании Intel, Гордон Мур сделал предсказание, которое продолжает сбываться до сих пор. Речь шла о компьютерных технологиях. Закон Мура гласит, что число транзисторов на кристаллах микросхем — а значит и их производительность — будет удваиваться каждые два года. Тогда это казалось невообразимым, но данное правило работает вот уже как 50 лет. Стоит отметить, что сегодня эксперты предсказывают замедление темпов роста производительной мощности компьютеров уже к концу этого десятилетия.

Однажды, однако, радикально новый подход к созданию кремниевых полупроводников может вновь сделать закон Мура рабочим, и возможно, даже усилить его действие. Уже сегодня, ученые из Калифорнийского университета в Санта Барбаре, используют процесс эволюции для производства ферментов, создающих новые структуры полупроводников.

«Это похоже на естественный отбор, но здесь речь идет об искусственном отборе», говорит Дэниел Морс, профессор Калифорнийского университета и один из авторов исследования. Изучив фермент, найденный в морской губке, и изменив его ДНК, ученым удалось найти форму, из которой можно сделать полупроводник.

Ранее, Морс и другие члены исследовательской команды открыли силикатеин — натуральный фермент, используемый морскими губками для строительства своих кремниевых скелетов. По счастливому совпадению, минерал также является строительным материалом при создании полупроводниковых компьютерных чипов. «Тогда мы спросили себя — сможем ли мы генетически изменить структуру фермента для производства других минералов и полупроводников, обычно не производящихся живыми существами», говорит Морс.

Для того чтобы воплотить свои планы, исследователи изолировали и создали множество копий той части ДНК морской губки, которая отвечает за создание силикатеина. Затем, данный отрезок ДНК был подвержен множеству различных генетических мутаций, количеством до миллиона. По теории вероятности, некоторые из этих мутаций смогут привести к созданию изменных форм силикатеина, с помощью которого можно будет создавать различные полупроводники. Лабораторный процесс в точности отражает естественный, причем в ускоренном режиме, и руководимый человеческой волей, а не выживанием более приспособленной для жизни формы.

Изначально, фермент удалось получить из морских губок, который использует данный энзим для производства кремниевого скелета.

Чтобы понять, какие именно мутировавшие формы ДНК силикатеина можно будет использовать для производства полупроводников, ДНК необходимо будет выразить посредством клеточной молекулярной структуры. «Проблема состоит в том, что, несмотря на безопасность кремния для живых клеток, те полупроводники, которые мы хотим производить, будут высокотоксичны», говорит Морс. «Поэтому живые клетки нам применять не удастся — придется использовать их синтетические аналоги». В качестве искусственной замены клеткам, команда ученых использовала небольшие пузырьки воды, сформированные вокруг пластиковых шариков. К каждому пластиковому шарику была прикреплена различная форма ДНК морской губки, а в воду добавлены химикаты, необходимые ДНК для производства фермента.

Далее, пластиковые «шарики-клетки» были помещены в масло, которое играло роль искусственной мембраны клетки. Затем шарики положили в раствор химикатов (кремний и титан), необходимый ферментам-мутантам для начала строительства минералов полупроводника вне шарика.

Позволив ферментам некоторое время производить материалы, шарики пропустили сквозь лазерный луч сенсора, автоматически определяющий наличие необходимых полупроводников (двуокиси кремния и двуокиси титана). Затем, успешные шарики, то есть те, что обладали необходимым набором полупроводников, были изъяты из раствора для изоляции необходимой цепочки ДНК.

Различные формы двуокиси кремния активно используются в производстве компьютерных чипов, в то время как двуокись титана используется для создания солнечных батарей. Впервые, при производстве данных материалов были использованы биохимические энзимы и эволюционный метод отбора.

Несмотря на то, что данное открытие не означает, что уже завтра ученые смогут производить компьютерные чипы, новый метод способен произвести революцию в деле создания полупроводников. По словам Морса, полупроводники, созданные при помощи мутированных ферментов, никогда бы не могли быть изобретены самой природой. Кто знает, возможно, через несколько лет данный метод производства станет главным «виновником» успеха индустрии создания полупроводников, чей взрывной рост производительности, вновь подтвердит предсказание Гордона Мура.

Автор

Запись опубликована 15 Июль 2012 в разделе Технологии