Dagens bästa datorchips har häpnadsväckande transistoruppsättningar som överstiger 2 1/2 miljarder, men ny teknik på nanometernivå lovar att öka det antalet ännu mer. Nanotransistorer kan tillverkas av material som sträcker sig från kisel till kolnanorör och till och med stora molekyler.

Men hur garanterar du att sådana ultrasmå elektroniska kretsar kommer att fungera tillförlitligt?

Wenjing Rao, University of Illinois i Chicago biträdande professor i el- och datorteknik, kommer att utforska den frågan med en femårig, $450, 000 National Science Foundation Early Faculty Career award hon precis vunnit.

Dagens chips är byggda baserat på enheten som kallas CMOS - komplementär metalloxidhalvledare - som kan tillverkas med mycket hög tillförlitlighet. Men morgondagens nanotransistorer kan behöva tillverkas med helt nya processer.

"Om du byter till en annan mekanism, det kommer att bli förändring, " sa Rao. "Precis som om jag bytte byggmaterial från tegel till glas och stål, du får en annan karaktär. Även om jag kanske kan bygga en högre byggnad med lättare material, nya problem kan uppstå."

Framtida nanotransistorer, Hon sa, sannolikt är föremål för fel och defekter. Forskning kan till och med visa att det inte lönar sig att tillverka dem för konventionellt bruk, såsom stationära datorer. Men nanoelektronikbaserade system kan visa sig användbara för helt nya applikationsdomäner, såsom inbyggda system och sensorer. Rao kommer att utforska detta som en del av hennes NSF Career Award, tillsammans med de teoretiska gränserna, funktioner och tillämpningar av nanotransistorchips.

"Om varje transistor är så liten, du är föremål för många defekter och fel, " Hon sa, "så, hur gör du med det? Vi måste kunna upptäcka fel och hitta sätt att tolerera dem, kanske genom att använda en annan komponent för att göra samma beräkning, eller - långsiktigt - genom självreparation."

Rao kommer att studera möjliga sätt att på bästa sätt testa och diagnostisera problem med nanotransistorer och avgöra om och hur redundanta system kan fungera som skydd mot fel.

"Du måste ha en lösning, " sa hon. "Ett chip för en sensor, till exempel, kan vara föremål för miljövariationer såsom bakgrundsljud, kosmisk strålning och miljövibrationer. Du kan också förvänta dig att se många fel under beräkningar."

Rao sa att datoringenjörer ställer många långtgående frågor om elektroniska nanosystem i ett försök att sätta upp design- och tillverkningsregler som säkerställer att nya produkter som använder dem kommer att vara tillförlitliga.

"Vi försöker verkligen undersöka var gränsen går. Vad kan och inte kan göras? Vi tittar på vad vi kan göra ur ett ingenjörsperspektiv till vad som är möjligt, vad är det inte, och vad som är för dyrt."

Raos anslag kommer också att användas delvis för att stödja doktorander som hjälper till med hennes forskning, och att utveckla nya kurser i ämnet på både grund- och forskarnivå.