Издан новый двухтомный учебник «Наноэлектроника и схемотехника»

Вышло в свет третье издание двухтомного учебника профессора департамента компьютерной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ Н.К. Трубочкиной «Наноэлектроника и схемотехника». В учебнике представлены базовые понятия теории переходной схемотехники, необходимые для разработки новой элементной базы суперкомпьютеров различных типов.

Теорию переходной схемотехники отличает новая концепция синтеза наноструктур, в которой минимальным компонентом для синтеза является не транзистор, а материал и переход (связь)  между материалами.

Приводятся данные экспериментального 2D и 3D моделирования физических и электрических процессов в кремниевых переходных наноструктурах с минимальной проектной нормой 10-20 нм и сравнительный анализ четырех типов схемотехник.

Издание представлено в двух частях. В первой части рассмотрены наносхемотехника и наноэлектроника логических схем, во второй наносхемотехника и наноэлектроника схем памяти.

Учебник соответствует актуальным требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования и рекомендован УМО высшего образования в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по инженерно-техническим направлениям и специальностям.

Предназначен для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям «Нанотехнология и микросистемная техника», «Электроника и наноэлектроника», «Вычислительные системы, комплексы и сети», а также научных работников, аспирантов и инженеров, специализирующихся в области разработки элементной базы суперкомпьютеров и альтернативных вычислительных систем.

Надежда Константиновна Трубочкина согласилась ответить на несколько вопрсов об учебнике.

 

Что сподвигло вас на написание учебника?

Захотелось изложить свой опыт в создании БИС и новую теорию по созданию оптимальной элементной базы для новых компьютеров и специальных схем различного назначения. Изначально, по образованию, я разработчик компьютеров. Окончила МИЭМ, факультет «Автоматики и вычислительной техники» по специальности «Вычислительная техника»,  являюсь программистом и разработчиком. Диссертации все у меня по разработке новой элементной базы для компьютеров, отсюда и учебники. Читала курсы по этому направлению, проводила множество научных экспериментов, были и удачные, систематизировала результаты, так получилась теория по оптимальной схемотехнике, где минимальным компонентом является не транзистор, а его более мелкая часть – материальная область. Это вообще история отдельная и занимательная. Много лет назад меня кафедра отправила на предприятие, которое делало бортовые схемы для космоса. Нужно было срочно сделать 5 больших схем, а времени было мало, пришлось сделать одну базовую схему, а остальные просто получать с помощью слоев различной металлизации. Так появилось понятие Базового Кристалла.

Этот подход и лег в основу изобретения, за которое мне потом дали Изобретателя СССР в 24 года. Обстоятельства заставляют нас быть изобретательными! Это научное направление, очень интересное, я и дальше разрабатывала схемы (интегральные), занималась их оптимизацией. Потом увидела, что транзисторы, из которых состоят классические БИСы и СБИСы, состоят из более мелких частей, и из них можно строить оптимальные схемы.

Изложенная в учебнике теория – для работы на настоящее и будущее, она позволяет создавать схемы с лучшими параметрами, с большим быстродействием и  большей информационной плотностью. И, что самое интересное, эти новые модели по структуре очень похожи на модели человеческих молекул и ДНК. У меня вообще иногда возникают мысли, что человек - это оптимальный компьютер, только построенный не на кремнии, а на углероде.

Как шел процесс написания учебника? Долгим ли этот процесс оказался?

Этот учебник является объединением многолетних лекций по новой схемотехнике интеллектуальных наноструктур, читаемых в МИЭМе,  с  результатами удачных компьютерных экспериментов по их моделированию. Результат многолетнего труда по систематизации знаний в этом направлении был описан за 4 месяца.

Какие разделы учебника требуют дальнейшей доработки?

Наверное, дорабатывать однажды придется все. Дело в том, что с течением времени меняются не только размеры компонентов или концепции создания схем, но и материалы. И если раньше вычислительная техника - это привычные для нас  мощные компьютеры и супер-компьютеры, а  роботы -  это «железяки» с датчиками и простенькими компьютерами, то сейчас все это можно совмещать, и очень успешно. Да и вообще все меняется очень быстро. Я всегда своим студентам говорю: «Чтобы быть лучшими, нужно знать про все новое и лучшее и придумывать что-то свое новое и еще более интересное и с лучшими параметрами, а не плестись за кем-то в своем научном поиске». Вот, например, был у меня студент, который увлекался отдельно роботами и отдельно следящими солнечными установками.  Так почему бы не сложить эти два направления в единый проект, превратить все это в робота, который «живет» за счет потребления солнечной энергии? Нельзя бояться фантазировать! Все проекты когда-то были фантазиями. Вспомните Леонардо Да Винчи, Жюля Верна. Просто мысль всегда опережает практические результаты.

А на какую аудиторию рассчитан учебник? Какие знания необходимы, чтобы понять суть описанных  в нем процессов?

Нужно быть или студентом 3-4 курса академического бакалавриата по соответствующей специальности, или инженером, специалистом в областях компьютерной схемотехники и наноэлектроники, знать и понимать физику процессов, которые происходят в наноструктурах логики и памяти вычислительных систем, уметь программировать. Приступая к чтению этого учебника, уже необходимо знать классическую электротехнику и схемотехнику, чтобы информация могла усваиваться быстро и качественно. Материал, представленный в учебнике, чуть сложнее классической транзисторной схемотехники, из-за перехода на физический уровень. Но, в любом случае, желаю читателям приятных эмоций от процесса соприкосновения с новыми знаниями, с новой теорией создания оптимальной элементной базы для компьютеров, супер-компьютеров и специальных схем настоящего и будущего.