Реклама

Створено перший процесор, всі елементи якого виготовлені з вуглецевих нанотрубок

( 8 Голосів, Всередньому: 4.62 із 5 )
Friday, 27 September 2013

процесор із вуглецевих нанотрубокЗа минулі кілька років ми тільки й чули про транзистори, виготовлені з вуглецевих нанотрубок, і про інші чудеса, які обіцяє використання цього екзотичного матеріалу. Але все, що ми чули або читали, мало відношення виключно до галузі наукових досліджень, про практичне ж застосування вуглецевих нанотрубок вчені говорили, як про далеке майбутнє, вказуючи терміни у кілька років. І ось, нарешті, групі вчених зі Стенфордського університету вдалося зробити перший крок до початку застосування вуглецевих нанотрубок в електроніці та обчислювальній техніці, крок, який зможе забезпечити витіснення кремнію з панівних позицій у цих областях. Цим кроком стало створення першого функціонуючого обчислювального пристрою з процесором, всі елементи якого виготовлені з вуглецевих нанотрубок.

У порівнянні з сучасними процесорами та комп'ютерами, новий «нанотрубчастий» комп'ютер виглядає анахронізмом. Його процесор складається зі 178 транзисторів, у той час, як кристали сучасних процесорів містять мільярди транзисторів. Новий процесор може обробляти один біт інформації, сучасні ж процесори є у більшості 32- і 64- розрядними, а працює «нанотрубчастий» процесор на частоті у 1 КГц, що приблизно у мільйон разів менше частоти роботи процесорів сучасних смартфонів.

Однак, варто згадати, що і електроніка на кремнієвих транзисторах також проходила саме по такому шляху розвитку, тому досягнення Стенфордських вчених є важливою віхою на шляху подальшого розвитку сучасної електроніки, яка у недалекому майбутньому, без сумнівів, відійде від використання кремнію. «Це є першим разом в історії науки і техніки, коли людям вдалося створити працюючий комп'ютер, заснований на технології, відмінній від традиційної CMOS-технології» - розповідає Нереш Шенбхег (Naresh Shanbhag), вчений із університету Іллінойсу, який разом зі Стенфордськими вченими бере участь у роботі дослідницького консорціуму SONIC.

У своїй роботі вченим довелося подолати дві ключові проблеми. Вуглецеві нанотрубки, які є основою нового процесора, можуть бути вирощені за допомогою досить простого методу хімічного осадження вуглецю з парової фази. Але у ході такого процесу можуть бути отримані вуглецеві нанотрубки, що володіють металевими чи напівпровідниковими властивостями. «Металеві» струмопровідні нанотрубки є небажаними, оскільки вони діють як мікропровідники, які можуть призвести до коротких замикань в електронній схемі.

Іншим каменем спотикання є упорядкування вирощених вуглецевих нанотрубок. Використовуючи спеціальні «шаблонні» підкладки можна досягти зростання паралельних нанотрубок, вирівняних в одному певному напрямку. Але, деяка частина з них обов'язково відхилитися від загального напрямку і з'єднається з сусідніми нанотрубками, замкнувши їх електричні ланцюги.

Перша проблем була вирішена вченими досить елегантно. Крізь «ліс» вирощених нанотрубок був пропущений електричний струм досить сильної величини. Струмопровідні металеві вуглецеві нанотрубки розігрілися, окислилися і згоріли, перетворившись на вуглекислий газ, а напівпровідникові нанотрубки, крізь які не проходив електричний струм, залишилися цілими. Друга проблема була вирішена більш складним шляхом. Для створення мікропроцесора була вирощена заготовка з нанотрубок, яка у кілька разів перевищувала за розмірами майбутню електронну схему. Використовуючи метод лазерного мікрогравірування та мікрорізки, що керувались за допомогою складного алгоритму, заснованого на теорії графів, дослідники просто «вирізали» дефектні ділянки заготовки, одночасно формуючи структуру майбутньої електронної схеми.

У результаті всіх зусиль у вчених вийшов мікропроцесор, що кардинально відрізняється від сучасних процесорів, як за структурою, так і за принципами роботи. Транзистори «нанотрубчастого» процесора забезпечують його роботу за принципами PMOS-логіки, у якій транзистор керується подачею негативної напруги на керуючий електрод, а його активним станом є закритий стан.

Такий мікропроцесор здатний виконати все те, що можна очікувати від звичайного процесора. Він може працювати під управлінням операційної системи і забезпечувати багатозадачне середовище. А у набір його команд входять усі 20 основних команд з досить поширеного набору інструкцій MIPS - архітектури. Тим не менш, «нанотрубчастий» процесор на найнижчому рівні здатний виконати одну єдину команду SUBNEG (віднімання та перехід за вказаною адресою, якщо результат віднімання - негативний). Незважаючи на це, маючи у розпорядженні досить велику кількість пам'яті, з послідовності команд SUBNEG можна скласти алгоритми обчислення будь-якої складності.

Звичайно, існує ще маса невирішених запитань. У своїй роботі Стенфордська команда використала метод оптичної літографії, що забезпечує роздільну здатність у 1 мікрометр, що зумовило великі розміри транзисторів із вуглецевих нанотрубок, яких помістилося всього 5 примірників на одному квадратному мікрометрі площі. Ця щільність повинна бути збільшена у 100-200 разів, і більше, для того, щоб можна було збільшити швидкість роботи електронних схем і зробити ефективним з економічної точки зору весь процес виробництва. Ще одним питанням, яке доведеться вирішити вченим, є питання рівномірності розташування транзисторів із вуглецевих нанотрубок, що дозволить виробляти «нанотрубчасті» чипи, що мають однакову структуру і характеристики.

 

 

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: dailytechinfo.org