'S Werelds meest geavanceerde nanobuiscomputer houdt de wet van Moore misschien levend

Van dichtbij foto van nanobuis Gelukkig Frankel

Een team van academici aan het MIT heeft 's werelds meest geavanceerde chip ooit onthuld die is gemaakt van koolstofnanobuisjes - cilinders met wanden ter breedte van een enkel koolstofatoom. De nieuwe microprocessor, die een conventioneel softwareprogramma kan draaien, zou een belangrijke mijlpaal kunnen zijn op weg naar het vinden van siliciumalternatieven.

De elektronica-industrie worstelt met een vertraging in de wet van Moore, die stelt dat het aantal transistors dat op een siliciumprocessor kan worden gepakt, ongeveer elke paar jaar verdubbelt. Deze trend wordt geconfronteerd met zijn fysieke grenzen: naarmate de afmetingen van de apparaten krimpen tot een paar atomen, begint er elektrische stroom te lekken uit de metalen kanalen die het door transistors pendelen. De warmte die vrijkomt ondermijnt de energie-efficiëntie van halfgeleiders - en kan er zelfs voor zorgen dat ze defect raken.

Koolstof nanobuisjes zouden de perfecte oplossing kunnen zijn. Niet alleen zijn nanobuistransistors sneller dan siliciumtransistors, studies hebben aangetoond dat chips gemaakt van nanobuisjes tot tien keer energiezuiniger kunnen zijn. Deze efficiëntieverbetering kan de levensduur van de batterij van elektronische gadgets aanzienlijk verlengen.

Onderzoekers werken al tientallen jaren aan alternatieve chips waarbij de moleculen betrokken zijn, maar productiehoofdpijn heeft ervoor gezorgd dat de processors vastzitten in onderzoekslaboratoria. In een krant gepubliceerd in Nature, zegt het MIT-team dat het manieren heeft gevonden om enkele van de grootste hindernissen te overwinnen om ze op grote schaal te produceren.

Door elkaar

Een probleem is dat wanneer koolstofnanobuisjes worden gemaakt, ze in twee soorten worden gemengd: de eerste zijn halfgeleiders die perfect zijn voor het maken van geïntegreerde schakelingen, maar de tweede geleidt elektrische stroom als een draad, die meer stroom opzuigt en zelfs de stroom van een circuit kan ondermijnen. prestatie. Om de chips economisch levensvatbaar te maken, is een kosteneffectieve manier nodig om de impact van de laatste groep te minimaliseren.

Een ander probleem is dat om de chips te maken, een uniforme monolaag van koolstofnanobuisjes over een wafel moet worden gedeponeerd. Maar dit is moeilijk gebleken omdat nanobuisjes de vervelende neiging hebben om samen te klonteren. Een bundel ervan die op een transistor terechtkomt, kan deze buiten werking stellen.

Deze en andere uitdagingen intrigeerden Max Shulaker, een MIT-professor die aan andere opmerkelijke projecten in het veld heeft gewerkt en financiering heeft ontvangen van het Amerikaanse Defense Advanced Projects Research Agency om nanobuistechnologie te ontwikkelen .

De groep onderzoekers die hij leidt, heeft een werkende 16-bits microprocessor ontwikkeld die is opgebouwd uit meer dan 14.000 koolstofnanobuistransistors die volgens Shulaker de meest complexe is die ooit is aangetoond. De technieken die ze hebben bedacht, kunnen worden geïmplementeerd met apparatuur die wordt gebruikt voor het maken van conventionele siliciumchips, wat betekent dat chipmakers niet hoeven te investeren in dure nieuwe apparatuur als ze nanobuisprocessors willen maken.

Toen ze het vermengingsprobleem onderzochten, ontdekten de onderzoekers dat sommige soorten logische poorten, die fundamentele bouwstenen zijn van digitale circuits, beter bestand waren tegen problemen veroorzaakt door metaalachtige nanobuisjes dan andere. Dat bracht hen ertoe een nieuw circuitontwerp te ontwikkelen dat prioriteit geeft aan deze poorten, terwijl het gebruik van gevoeligere metalen wordt geminimaliseerd.

Om het bundelingsprobleem aan te pakken, bedekten ze een wafel met een polymeer en spoelden deze vervolgens voorzichtig in fasen af. Hierdoor werden de klonten van de nanobuisjes verwijderd en bleef de monolaag achter die nodig is om de chip zo efficiënt mogelijk te laten werken.

De weg vooruit

Op de chip die de MIT-onderzoekers met deze technieken hebben gemaakt, kan een eenvoudig programma draaien dat de boodschap Hello, World produceert. Maar als ze siliciumprocessors willen vervangen, zullen die van koolstofnanobuisjes uiteindelijk miljarden transistors nodig hebben, zodat ze geavanceerde software kunnen draaien.

IBM, dat een paar jaar geleden zei te hopen dat tegen 2020 koolstofnanobuischips de plaats van silicium zouden overnemen, werkt ook aan projecten waarbij de technologie betrokken is. Maar de inspanningen hebben tot nu toe geen manier gevonden om doorbraken in laboratoria te vertalen naar praktische productie. De nieuwe ontwikkelingen maken de route om dit te doen duidelijker. Er is geen sprong in het diepe meer nodig, zegt Shulaker.

zich verstoppen