211service.com
Verdens mest avanserte nanorør-datamaskin kan holde Moores lov i live
Nærbilde av nanorør Glad Frankel
Et team av akademikere ved MIT har avduket verdens mest avanserte brikke til nå som er laget av karbon-nanorør - sylindre med vegger bredden av et enkelt karbonatom. Den nye mikroprosessoren, som er i stand til å kjøre et konvensjonelt program, kan være en viktig milepæl på veien mot å finne alternativer til silisium.
Elektronikkindustrien sliter med en nedgang i Moores lov, som sier at antallet transistorer som kan pakkes på en silisiumprosessor dobles omtrent hvert par år. Denne trenden står overfor sine fysiske grenser: ettersom størrelsene på enhetene krymper til noen få atomer, begynner elektrisk strøm å lekke fra metallkanalene som transporterer den gjennom transistorer. Varmen som frigjøres reduserer halvledernes energieffektivitet – og kan til og med føre til at de mislykkes.
Karbon nanorør kan være den perfekte løsningen. Ikke bare er nanorørtransistorer raskere enn silisiumtransistorer, studier har funnet ut at brikker laget av nanorør kan være opptil ti ganger mer energieffektive. Denne effektivitetsøkningen kan forlenge batterilevetiden til elektroniske dingser betydelig.
Forskere har jobbet med alternative brikker som involverer molekylene i flere tiår, men produksjonshodepine har holdt prosessorene fast i forskningslaboratorier. I et papir publisert i Nature, sier MIT-teamet at de har funnet måter å overvinne noen av de største hindringene for å produsere dem i stor skala.
Blandet
Et problem er at når karbon nanorør lages, kommer de i to typer blandet sammen: den første er halvledere som er perfekte for å lage integrerte kretser, men den andre leder elektrisk strøm som en ledning, som suger mer kraft og kan til og med undergrave en krets opptreden. For å gjøre sjetongene økonomisk levedyktige, er det nødvendig med en kostnadseffektiv måte å minimere virkningen av sistnevnte gruppe.
Et annet problem er at for å lage brikkene, må et ensartet monolag av karbon-nanorør legges over en wafer. Men dette har vist seg vanskelig å gjøre fordi nanorør har en irriterende tendens til å klynge seg sammen. En bunt av dem som lander på en transistor kan slå den ut av funksjon.
Disse og andre utfordringer fascinerte Max Shulaker, en MIT-professor som har jobbet med andre bemerkelsesverdige prosjekter på feltet, og har mottatt finansiering fra US Defense Advanced Projects Research Agency å utvikle nanorørteknologi .
Forskergruppen han leder har utviklet en fungerende 16-bits mikroprosessor bygget av over 14 000 karbon nanorørtransistorer som Shulaker hevder er den mest komplekse som noen gang er demonstrert. Teknikkene de har kommet opp med kan implementeres med utstyr som brukes til å lage konvensjonelle silisiumbrikker, noe som betyr at chipmakere ikke trenger å investere i dyrt nytt utstyr hvis de vil lage nanorørprosessorer.
Da de så på sammenblandingsproblemet, oppdaget forskerne at noen typer logiske porter, som er grunnleggende byggesteiner i digitale kretser, var mer motstandsdyktige mot problemer utløst av metalllignende nanorør enn andre. Det førte til at de utviklet en ny kretsdesign som prioriterer disse portene, samtidig som de minimerer bruken av mer følsomme metalliske.
For å håndtere buntingsproblemet belagt de en wafer i en polymer og vasket den deretter forsiktig av i trinn. Dette fjernet nanorørklumpene, og etterlot monolaget som trengs for å få brikken til å fungere mest effektivt.
Veien videre
Brikken som MIT-forskerne produserte ved hjelp av disse teknikkene er i stand til å kjøre et enkelt program som produserer meldingen Hallo, verden. Men hvis de skal fortrenge silisiumprosessorer, vil karbon-nanorør til slutt trenge milliarder av transistorer slik at de kan kjøre avansert programvare.
IBM, som for noen år siden sa at de håpet å få nanorørbrikker av karbon overta fra silisium innen 2020, jobber også med prosjekter som involverer teknologien. Men innsatsen har så langt ikke klart å komme opp med en måte å oversette laboratoriegjennombrudd til praktisk produksjon. De nye fremskrittene gjør veien mot å gjøre dette klarere. Det kreves ikke noe trosprang lenger, sier Shulaker.