Pasaulē vismodernākais nanocauruļu dators var uzturēt Mūra likumu dzīvu

Tuvāka nanocaurules fotogrāfija Laimīgs Frankels

MIT akadēmiķu komanda ir atklājusi pasaulē vismodernāko mikroshēmu, kas ir izgatavota no oglekļa nanocaurulēm — cilindriem, kuru sieniņas ir viena oglekļa atoma platumā. Jaunais mikroprocesors, kas spēj darbināt parasto programmatūras programmu, varētu būt nozīmīgs pavērsiens ceļā uz silīcija alternatīvu atrašanu.

Elektronikas nozare cīnās ar Mūra likuma palēnināšanos, kas nosaka, ka tranzistoru skaits, ko var ievietot silīcija procesorā, dubultojas aptuveni ik pēc pāris gadiem. Šī tendence saskaras ar savām fiziskajām robežām: ierīču izmēriem samazinoties līdz dažiem atomiem, elektriskā strāva sāk noplūst no metāla kanāliem, kas to virza caur tranzistoriem. Izdalītais siltums samazina pusvadītāju energoefektivitāti un var pat izraisīt to atteici.

Oglekļa nanocaurules varētu būt ideāls risinājums. Ne tikai nanocauruļu tranzistori ir ātrāki par silīcija tranzistori, pētījumi atklāja, ka mikroshēmas, kas izgatavotas no nanocaurulēm, varētu būt līdz pat desmit reizēm energoefektīvākas. Šis efektivitātes palielinājums varētu ievērojami pagarināt elektronisko sīkrīku akumulatora darbības laiku.

Pētnieki gadu desmitiem ir strādājuši pie alternatīvām mikroshēmām, kurās ir iesaistītas molekulas, taču ražošanas galvassāpes ir licis procesoriem iestrēgt pētniecības laboratorijās. In papīrs publicēts Nature, MIT komanda saka, ka ir atradusi veidus, kā pārvarēt dažus no lielākajiem šķēršļiem to ražošanai mērogā.

Sajaukts

Viena problēma ir tā, ka, veidojot oglekļa nanocaurules, tās ir divu veidu sajauktas: pirmie ir pusvadītāji, kas ir lieliski piemēroti integrālo shēmu izveidei, bet otrie vada elektrisko strāvu kā vads, kas iesūc vairāk enerģijas un var pat iedragāt ķēdes darbību. sniegumu. Lai mikroshēmas būtu ekonomiski dzīvotspējīgas, ir nepieciešams rentabls veids, kā samazināt pēdējās grupas ietekmi.

Vēl viena problēma ir tāda, ka, lai izgatavotu mikroshēmas, virs vafeles ir jāuzklāj vienots oglekļa nanocauruļu vienslānis. Taču tas ir izrādījies grūti izdarāms, jo nanocaurulēm ir kaitinoša tendence saplūst kopā. To saišķis, kas nonāk uz tranzistora, var to izsist no darbības.

Šie un citi izaicinājumi ieinteresēja MIT profesoru Maksu Šulakeru, kurš ir strādājis pie citiem ievērojamiem projektiem šajā jomā un ir saņēmis finansējumu no ASV Aizsardzības progresīvo projektu pētniecības aģentūras. izstrādāt nanocauruļu tehnoloģiju .

Viņa vadītā pētnieku grupa ir izstrādājusi strādājošu 16 bitu mikroprocesoru, kas veidots no vairāk nekā 14 000 oglekļa nanocaurules tranzistoriem, kas, pēc Šulakera, ir vissarežģītākais jebkad pierādītais. Viņu izstrādātās metodes var īstenot ar iekārtām, ko izmanto parasto silīcija mikroshēmu izgatavošanai, kas nozīmē, ka mikroshēmu ražotājiem nebūs jāiegulda dārgos jaunos rīkos, ja viņi vēlas izgatavot nanocauruļu procesorus.

Izpētot sajaukšanas problēmu, pētnieki atklāja, ka daži loģikas vārti, kas ir digitālo ķēžu pamatelementi, ir izturīgāki pret problēmām, ko izraisa metālam līdzīgas nanocaurules, nekā citi. Tas lika viņiem izstrādāt jaunu ķēdes dizainu, kas piešķir šiem vārtiem prioritāti, vienlaikus samazinot jutīgāku metālisko vārtu izmantošanu.

Lai risinātu komplektēšanas problēmu, viņi pārklāja vafeles ar polimēru un pēc tam rūpīgi nomazgāja to pa posmiem. Tādējādi tika noņemti nanocaurules gabali, atstājot monoslāni, kas nepieciešams, lai mikroshēma darbotos visefektīvāk.

Ceļš uz priekšu

Mikroshēma, ko MIT pētnieki izstrādāja, izmantojot šīs metodes, spēj palaist vienkāršu programmu, kas rada ziņojumu Sveiki, pasaule. Bet, ja tie vēlas aizstāt silīcija procesorus, oglekļa nanocaurules procesoriem galu galā būs nepieciešami miljardiem tranzistoru, lai tie varētu darbināt uzlabotu programmatūru.

IBM, kas pirms dažiem gadiem paziņoja, ka cer, ka līdz 2020. gadam oglekļa nanocauruļu mikroshēmas pārņems silīcija mikroshēmas, arī strādā pie projektiem, kas saistīti ar šo tehnoloģiju. Taču līdz šim nav izdevies rast veidu, kā laboratorijas atklājumus pārvērst praktiskā ražošanā. Jaunie sasniegumi padara ceļu uz to skaidrāku. Ticības lēciens vairs nav vajadzīgs, saka Šulakers.

paslēpties