Najbardziej zaawansowany komputer z nanorurek na świecie może utrzymać przy życiu prawo Moore'a

Zbliżenie na zdjęcie nanorurki Wesoły Frankel

Zespół naukowców z MIT zaprezentował najbardziej zaawansowany chip na świecie wykonany z nanorurek węglowych — cylindrów o ściankach o grubości pojedynczego atomu węgla. Nowy mikroprocesor, który jest w stanie obsługiwać konwencjonalny program, może być ważnym kamieniem milowym na drodze do znalezienia krzemowych alternatyw.

Przemysł elektroniczny zmaga się ze spowolnieniem prawa Moore'a, które mówi, że liczba tranzystorów, które można upakować w procesorze krzemowym, podwaja się mniej więcej co kilka lat. Ten trend napotyka swoje fizyczne ograniczenia: gdy rozmiary urządzeń zmniejszają się do kilku atomów, prąd elektryczny zaczyna wyciekać z metalowych kanałów, które przenoszą go przez tranzystory. Uwalniane ciepło obniża efektywność energetyczną półprzewodników, a nawet może spowodować ich awarię.

Idealnym rozwiązaniem mogą być nanorurki węglowe. Tranzystory nanorurek są nie tylko szybsze niż krzemowe, ale badania wykazały, że chipy wykonane z nanorurek mogą być nawet dziesięciokrotnie bardziej energooszczędne. Ten wzrost wydajności może znacznie wydłużyć żywotność baterii gadżetów elektronicznych.

Naukowcy od dziesięcioleci pracują nad alternatywnymi chipami z udziałem molekuł, ale bóle głowy związane z produkcją sprawiły, że procesory utknęły w laboratoriach badawczych. w papier opublikowany w Nature, zespół MIT twierdzi, że znalazł sposoby na pokonanie niektórych z największych przeszkód w produkcji ich na dużą skalę.

Pomieszane

Jednym z problemów jest to, że gdy produkuje się nanorurki węglowe, występują one w dwóch zmieszanych ze sobą rodzajach: pierwszy to półprzewodniki, które doskonale nadają się do tworzenia układów scalonych, ale drugi przewodzi prąd elektryczny jak drut, który wysysa więcej mocy i może nawet osłabić układ wydajność. Aby chipy były opłacalne ekonomicznie, potrzebny jest opłacalny sposób na zminimalizowanie wpływu tej drugiej grupy.

Innym problemem jest to, że aby wykonać chipy, jednolita monowarstwa nanorurek węglowych musi zostać nałożona na wafel. Ale okazało się to trudne do zrobienia, ponieważ nanorurki mają irytującą tendencję do łączenia się w grupy. Wiązka z nich, która wyląduje na tranzystorze, może go wyłączyć z działania.

Te i inne wyzwania zaintrygowały Maxa Shulakera, profesora MIT, który pracował nad innymi znaczącymi projektami w tej dziedzinie i otrzymał finansowanie z amerykańskiej Agencji Badań nad Zaawansowanymi Projektami Obronnymi opracować technologię nanorurek .

Grupa naukowców, którym kieruje, opracowała działający 16-bitowy mikroprocesor zbudowany z ponad 14 000 tranzystorów z nanorurek węglowych, który zdaniem Shulakera jest najbardziej złożony, jaki kiedykolwiek zademonstrowano. Techniki, które wymyślili, mogą być zaimplementowane w sprzęcie używanym do produkcji konwencjonalnych chipów krzemowych, co oznacza, że ​​producenci chipów nie będą musieli inwestować w drogi nowy sprzęt, jeśli chcą wytwarzać procesory z nanorurek.

Kiedy przyjrzeli się problemowi mieszania się, naukowcy odkryli, że niektóre rodzaje bramek logicznych, które są podstawowymi elementami składowymi obwodów cyfrowych, są bardziej odporne na problemy wywołane przez nanorurki podobne do metali niż inne. Doprowadziło to do opracowania nowego projektu obwodu, który nadaje priorytet tym bramkom, jednocześnie minimalizując użycie bardziej czułych metalowych.

Aby uporać się z problemem wiązania, pokryli wafel polimerem, a następnie stopniowo go zmywali. W ten sposób usunięto grudki nanorurek, pozostawiając monowarstwę niezbędną do najbardziej wydajnego działania chipa.

Droga naprzód

Chip, który naukowcy z MIT wyprodukowali przy użyciu tych technik, jest w stanie uruchomić prosty program, który generuje komunikat Witaj świecie. Ale jeśli mają zastąpić procesory krzemowe, te z nanorurek węglowych będą ostatecznie potrzebowały miliardów tranzystorów, aby móc uruchamiać zaawansowane oprogramowanie.

IBM, który kilka lat temu miał nadzieję, że chipy z nanorurek węglowych zastąpią krzemowe do 2020 roku, również pracuje nad projektami dotyczącymi tej technologii. Ale jak dotąd nie udało się znaleźć sposobu na przełożenie przełomowych odkryć laboratoryjnych na praktyczną produkcję. Nowe postępy czynią drogę ku temu bardziej wyraźną. Nie jest już wymagany żaden skok wiary, mówi Shulaker.

ukryć