Потому что это означало, что её работа над компьютером 107 была бессмысленной.
Однако все быстро осознали необычность ситуации.
Это устройство явно не могло быть создано в Китае того времени. Все они были ведущими специалистами в области полупроводников и вычислительной техники, и Китай не мог обойти их в создании такого устройства.
Импорт из Советского Союза или других стран тоже казался маловероятным. В прошлом году, благодаря Линь Жаню, Китай по-прежнему имел доступ к зарубежным академическим журналам, и доступ даже расширился. Раньше они полностью полагались на советские журналы, которые были переработанной версией западных публикаций. Самый известный пример — Лысенко, из-за которого в советских журналах не печатали менделевскую генетику и современную биологию, а опровергающие Лысенко статьи почти не публиковались. В таких журналах, как «Ботанический журнал» и «Успехи сельскохозяйственной науки», в конце 1940-х — начале 1950-х печатались только статьи, поддерживающие Лысенко. Попытки Исаака Агапова опубликовать статью с опровержением были отклонены редакцией. Это также повлияло на Китай, и только после 1960 года в таких журналах, как «Генетика» (основан в 1978, но исследования возобновились в 1960-х), стали появляться статьи, основанные на генной теории.
В последние два года, хотя Советский Союз перестал поставлять журналы, учёные могли получить доступ к передовым западноевропейским и американским академическим журналам, хотя и с задержкой в четыре-пять месяцев, но они не были оторваны от передовых мировых исследований.
Трудно было представить, что существует компьютер с такой мощью, да ещё размером с карточку.
Директор Цянь вздохнул:
— Именно поэтому мы оторвали вас от семей в новогодний день и отправили в эту глушь. Я был так же потрясён, как и вы, когда увидел это. Но факт есть факт. Мир материален, и даже если это кажется невероятным и выходит за пределы моего понимания, оно существует, и мы должны принять это и использовать.
Вам предоставят руководство по его использованию, и вы сможете проверить его возможности и подтвердить мои слова. У нас мало времени. Я не могу объяснить, откуда это взялось, но могу сказать, что не только у нас есть такое устройство — оно есть и у других стран. Мы должны как можно быстрее изучить его применение и воспроизведение.
Ся Пэйсу подняла руку:
— Можно мне сначала оценить его?
Она не выдержала.
Директор Цянь кивнул:
— Вы можете только смотреть, но не трогать. Я хочу, чтобы вы поняли: это важнее нашей жизни. Вы понимаете?
Все почувствовали тяжесть ответственности, услышав, что у других стран тоже есть такое устройство.
Хотя они не знали, какой ценой страна получила эту маленькую вещь, воображение рисовало огромные жертвы — возможно, гибель многих товарищей из нелегальных разведсетей.
Честно говоря, воображение у них было богатым.
Те, кто первыми увидели Raspberry Pi, включая директора Цяня, представляли, что Америка и, возможно, Советский Союз уже обладают таким устройством. Это вызывало острую тревогу.
А китайские учёные, привезённые сюда, воображали, что Китаю было невероятно трудно заполучить такую вещь. Они вспоминали бесчисленных патриотов новой истории Китая, жертвовавших жизнями ради передачи ценной информации. Этот компьютер, названный Raspberry Pi, был, очевидно, намного ценнее любой информации, которую они могли себе представить. Соответственно, и цена его приобретения, вероятно, была невообразимой.
Осознав это, все обиды на внезапный перевод сюда исчезли в одно мгновение.
Ся Пэйсу подошла вплотную и наблюдала за всем процессом: от включения Raspberry Pi до работы с ним через телетайп.
Она сказала:
— Директор Цянь, я предполагаю, что этот компьютер построен на транзисторах или, возможно, на каких-то других неизвестных нам компонентах. Но точно не на лампах. Даже не касаясь его, судя по скорости включения и тепловыделению, это не могут быть лампы. Во-первых, блок питания показывает, что он использует 12-вольтовый свинцово-кислотный аккумулятор с регулятором напряжения, питание 5 В постоянного тока. Лампам нужно как минимум 100 В, а наш компьютер 107 потребляет несколько киловатт. Кроме того, работа ламп зависит от температуры. Их физика основана на уравнении Ричардсона-Душмана: плотность тока термоэлектронной эмиссии J связана с температурой T формулой J = AT2e^(-φ/kT). Логика их работы зависит от термоэлектронной эмиссии — нагрев катода заставляет электроны преодолевать работу выхода. То есть чем выше температура, тем больше эмиссия и ток. При недостаточной температуре эмиссия падает, и лампа не работает. Поэтому лампам нужен разогрев — от включения до разогрева нити до рабочей температуры проходит несколько секунд. Значит, компоненты этого устройства — не лампы.
Выслушав это, директор Цянь восхитился проницательности профессионалов: одного взгляда достаточно, чтобы понять, что это не лампы. Действительно, нужно было собрать лучших специалистов, чтобы разобраться в этом.
Он мысленно вздохнул: если бы был выбор, он не стал бы отрывать их от семей и везти в такую глушь. Среди собравшихся специалистов по полупроводникам были те, кто вернулся в Китай благодаря его примеру, например У Сицзю. Им пришлось ехать не только самим, но и с жёнами и детьми. Директор Цянь мог лишь постараться обеспечить им лучшие условия.
Ся Пэйсу продолжила:
— Впрочем, не обязательно. Это устройство настолько превосходит наше воображение, что лампы тоже возможны. Ведь существует не только термоэлектронная эмиссия, но и полевая эмиссия (Field Emission) и фотоэмиссия (Photoemission). Полевая эмиссия — это выход электронов через квантово-механическое туннелирование из материала под действием сильного электрического поля без нагрева катода. Теория была разработана Фаулером и Нордхеймом в 1920-х годах. Но для полевой эмиссии требуются сверхвысокие напряжения — тысячи или десятки тысяч вольт на острийном катоде для создания сильного поля, что не соответствует нашему случаю. К тому же электронный поток при полевой эмиссии трудно точно контролировать, как сетку в термоэлектронной лампе. Так что это тоже маловероятно.
Не следует думать, что китайские учёные не знали о полевой эмиссии. Рентгеновские лучи основаны на полевой эмиссии, и к 1961 году холодные катодные рентгеновские трубки уже использовались в медицине и промышленности, а с 1958 года в Китае в Институте физики АН Китая начали изучать рентгеновские трубки. В ранние годы Китай следил за многими передовыми технологиями и даже пытался их догонять.
Ся Пэйсу продолжила:
— Другой тип — фотоэмиссия, когда фотоны возбуждают электроны на поверхности материала, заставляя их преодолеть работу выхода. Это основано на фотоэффекте Эйнштейна, но требует внешнего освещения катода, что тоже не подходит.
Но я говорю, что нельзя полностью исключать лампы, потому что устройство настолько передовое, что выходит за рамки нашего понимания. Возможно, это какой-то неизвестный нам тип ламп. Если мы ошибочно решим, что это не лампы, и потеряем время, это будет катастрофой. Для нас время — это жизнь.
У Сицзю добавил:
— Судя по всему, это не относится ни к одному из известных нам типов ламп. Другой вариант — транзисторы. Судя по энергопотреблению, это больше похоже на транзисторы. Когда я учился в Америке в 1955 году, я видел в журналах компьютер TRADIC — он был похож: малый размер, низкое энергопотребление, низкое рабочее напряжение, без разогрева. Конечно, «малый» по сравнению с ламповыми компьютерами — размером с комнату, а не с целый склад. Внутренние схемы TRADIC тоже похожи.
TRADIC (Transistorized Airborne Digital Computer) — первый полностью транзисторный компьютер, разработанный Bell Labs для ВВС США, начат в 1951 году, завершён в 1954. Кстати, хотя он был создан для ВВС, его не скрывали: 14 марта 1955 года Bell Labs официально объявила о TRADIC как о «первом полностью транзисторном компьютере» и опубликовала фотографии. Журнал Popular Electronics в июне 1955 года также писал о TRADIC, называя его «суперкомпьютером». У Сицзю, учившийся в MIT, не мог не знать о TRADIC.
— Но это всё равно необъяснимо: хотя транзисторы могут быть миниатюризированы, до такого размера — это за пределами моего воображения.
Транзисторы были изобретены в Bell Labs в 1947 году и начали применяться в 1950-х. В TRADIC использовалось около 700 транзисторов. В 1958 году Texas Instruments и Fairchild Semiconductor независимо изобрели интегральные схемы, объединяя несколько транзисторов на одном кристалле. Но даже Роберт Нойс, основатель Fairchild, думал, что в будущем можно будет интегрировать несколько тысяч транзисторов — не более того. Никто не мог представить нанометровые масштабы. Тем более что в Китае транзисторы того времени были на миллиметровом уровне и нестабильны.
— Кхм, извините, я скажу пару слов, — подняла руку Се Сидэ. — Я считаю, мы не должны терять время и должны решиться на выводы.
Се Сидэ, доктор MIT, первая женщина-президент Фуданьского университета, много лет занималась теоретическими исследованиями в области физики поверхностей и полупроводников. В 1956 году её прикомандировали в Пекинский университет для участия в создании полупроводниковой группы, а в 1958 году она вернулась в Шанхай. Она приехала в Паньчжихуа с семьёй, несмотря на плохое самочувствие.
— С теоретической точки зрения, это должны быть транзисторы. Исходя из квантовой механики, ширина запрещённой зоны кремния составляет 1,12 эВ, а постоянная решётки — 0,543 нм — эти значения точно измерены. Основой транзистора является p-n-переход, где легирование контролирует движение электронов и дырок. Математическая модель p-n-перехода описывает диффузию и дрейф носителей. Физика твёрдого тела показывает, что физические свойства материалов могут меняться при уменьшении размеров. Исследования плёнок и частиц уже достигли микронного уровня. Принцип неопределённости Гейзенберга и корпускулярно-волновой дуализм показывают, что на малых масштабах электроны проявляют волновые свойства, а на нанометровом уровне возникает квантовое туннелирование.
Постоянная решётки кремния — 0,543 нм, межатомное расстояние — 0,2–0,3 нм. Теоретически минимальный размер транзистора может достигать нескольких постоянных решётки, то есть нанометров. Структура в 10 нм содержит 18–20 атомов кремния. Длина свободного пробега электронов и дырок в кремнии составляет 10–100 нм. Если размер транзистора уменьшается до этого диапазона, носители могут эффективно передавать сигнал, что теоретически поддерживает нанометровую работу. Ширина обеднённой зоны p-n-перехода уменьшается с увеличением концентрации легирующей примеси. Физика твёрдого тела показывает, что при высоком легировании и сильном электрическом поле обеднённая зона может быть сужена до нанометрового размера, сохраняя коммутационную функцию.
Длина волны де Бройля для электронов при комнатной температуре составляет 10–50 нм. Когда размеры устройства приближаются к этому масштабу, квантовые эффекты начинают значительно влиять на поведение электронов. Это указывает на то, что транзисторы могут работать на нанометровом уровне, но могут столкнуться с помехами. Существование Raspberry Pi убеждает меня, что транзисторы действительно могут работать на нанометровом уровне.
Кроме того, физика твёрдого тела показывает, что при уменьшении размеров доля поверхностных атомов возрастает, что даёт теоретическую основу для миниатюризации. То есть если удастся преодолеть микронный барьер в производстве, размеры транзисторов могут приблизиться к атомарным масштабам.
В прошлом году я читала книгу Фейнмана «Внизу — бесконечное пространство», где он предположил, что физические законы позволяют манипулировать устройствами на атомном уровне. Там упоминалась возможность сборки схем из атомов, что согласуется с идеей нанометровых транзисторов.
Понимаете? Мы не знаем, как это создано и как удалось преодолеть технологические ограничения, но я считаю, что это транзисторы. Это подсказывает мне теоретическая физика.
Я уверена, что у Америки и Советского Союза тоже есть такие устройства, и мы получили их последними. Чтобы догнать их, мы должны как можно скорее определить направление — вплоть до воспроизведения, хотя бы микронных транзисторов. Основываясь на моей профессиональной оценке, это нанометровые транзисторы, и мы должны двигаться по пути интеграции и миниатюризации транзисторов. У нас нет времени на изучение нескольких технологических путей, ни ресурсов для параллельного развития. Хотя нас здесь много, распыление усилий лишь приведёт к потере ценного времени. Я считаю, что это транзисторы! И именно нанометровые транзисторы, уложенные на этой маленькой плате способами, которые я не могу себе представить.
Если бы Линь Жань мог слышать эти догадки китайских учёных, он бы радостно рассмеялся.

Комментарии

Загрузка...