Seite 2: DNA-Computer und molekulare Elektronik

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1994 baute Leonard Adleman, ein Computerwissenschaftler an der University of Southern California in Los Angeles, einen Computer aus einer DNA-“Suppe“. Er zeigte, dass sich die DNS in einem Reagenzglas selbst zusammensetzen kann, um alle möglichen Pfade des bekannten "Handlungsreisenden"-Problems zu erkunden. Experten sagten voraus, dass das Rechnen mit DNA die Siliziumtechnologie übertreffen würde, insbesondere bei massivem parallelem Rechnen. Später kamen die Forscher zu dem Schluss, dass die DNA-Computer nicht schnell genug sind, um dies zu erreichen.

Aber die DNA hat einige Vorteile. Forscher zeigten, wie man Gedichte, GIFs und digitale Filme und Serien in den Molekülen kodieren kann. Die potenzielle Dichte ist atemberaubend. Alle digitalen Daten der Welt könnten in einer Kaffeetasse voller DNA gespeichert werden, schätzten Bioingenieure des MIT in einer Veröffentlichung Anfang des Jahres. Der Haken sind die Kosten: Ein Mitautor sagte später, dass die DNA-Synthese um sechs Größenordnungen billiger sein müsste, um mit Magnetbändern konkurrieren zu können.

Solange die Forscher die Kosten für die DNA-Speicherung nicht senken können, wird der Stoff des Lebens in den Zellen stecken bleiben.

Molekulare Elektronik

Es ist eine verlockende Vision: Transistoren werden immer kleiner, warum also nicht gleich aus einzelnen Molekülen herstellen? Schalter im Nanometerbereich würden einen äußerst kostengünstigen, dicht gepackten Chip ergeben. Die Chips könnten sich dank der Wechselwirkungen zwischen den Molekülen sogar selbst zusammensetzen.

In den frühen 2000er Jahren versuchten Gruppen bei Hewlett-Packard und anderswo, Chemie und Elektronik zusammenzubringen. Doch nach jahrzehntelanger Arbeit ist der Traum von der molekularen Elektronik immer noch nicht ausgeträumt. Die Forscher haben herausgefunden, dass einzelne Moleküle heikel sein können und nur unter sehr engen Bedingungen als Transistoren funktionieren. "Niemand hat gezeigt, wie Einzelmoleküle zuverlässig in eine massiv parallele Mikroelektronik integriert werden können", sagt Richard McCreery, Chemiker an der University of Alberta.

Der Traum von der molekularen Elektronik ist zwar noch nicht ganz ausgeträumt, aber heutzutage ist er weitgehend in die Chemie- und Physiklabors verbannt, wo die Forscher weiterhin darum kämpfen, dass sich die unendlich unbeständigen Moleküle benehmen.

Was kommt als nächstes?

Silizium ist nach wie vor die Nummer eins, aber die Zeit läuft für den beliebten Halbleiter ab. Die jüngste "International Roadmap for Devices and Systems" (IRDS) legt nahe, dass die Transistoren nach 2028 nicht mehr schrumpfen werden und dass integrierte Schaltkreise dreidimensional gestapelt werden müssen, um weiterhin schnellere und effizientere Chips zu ermöglichen.

Dies könnte der Zeitpunkt sein, an dem andere Rechengeräte eine Chance erhalten, allerdings nur in Verbindung mit der Siliziumtechnologie. Forscher untersuchen hybride Ansätze zur Herstellung von Chips. Im Jahr 2017 haben Wissenschaftler, die Fortschritte mit Kohlenstoffnanoröhrchen-Transistoren gemacht hatten, diese mit Schichten aus nichtflüchtigen Memristoren und Silizium-Bauelementen integriert – ein Prototyp für einen Ansatz, um die Geschwindigkeit und den Energieverbrauch bei der Datenverarbeitung zu verbessern, indem man von der herkömmlichen Architektur abwendet.

Klassische Chips auf Siliziumbasis werden noch einige Fortschritte machen, meint Malaya von AMD. Aber er fügt hinzu: "Ich denke, die Zukunft wird heterogen sein, in der alle Technologien wahrscheinlich komplementär zum traditionellen Rechnen eingesetzt werden."

(vsz)