211service.com
Verdens mest avancerede nanorør-computer kan holde Moores lov i live
Nærbillede af nanorør Glad Frankel
Et hold af akademikere ved MIT har afsløret verdens mest avancerede chip til dato, der er lavet af kulstofnanorør - cylindre med vægge, der er bredden af et enkelt kulstofatom. Den nye mikroprocessor, som er i stand til at køre et konventionelt softwareprogram, kan blive en vigtig milepæl på vejen til at finde siliciumalternativer.
Elektronikindustrien kæmper med en opbremsning i Moores lov, som hævder, at antallet af transistorer, der kan pakkes på en siliciumprocessor, fordobles stort set hvert par år. Denne tendens står over for sine fysiske grænser: efterhånden som enhedernes størrelse krymper til et par atomer, begynder elektrisk strøm at lække fra de metalliske kanaler, der sender den gennem transistorer. Den varme, der frigives, undergraver halvledernes energieffektivitet - og kan endda få dem til at svigte.
Carbon nanorør kunne være den perfekte løsning. Ikke alene er nanorørtransistorer hurtigere end siliciumtransistorer, undersøgelser har fundet ud af, at chips lavet af nanorør kan være op til ti gange mere energieffektive. Dette effektivitetsboost kunne forlænge elektroniske gadgets batterilevetid betydeligt.
Forskere har arbejdet på alternative chips, der involverer molekylerne i årtier, men fremstillingshovedpine har holdt processorerne fast i forskningslaboratorier. I et papir offentliggjort i Nature, siger MIT-teamet, at det har fundet måder at overvinde nogle af de største forhindringer for at producere dem i skala.
Blandet
Et problem er, at når kulstofnanorør fremstilles, kommer de i to typer blandet sammen: den første er halvledere, der er perfekte til at skabe integrerede kredsløb, men den anden leder elektrisk strøm som en ledning, der suger mere strøm og kan endda underminere et kredsløbs ydeevne. For at gøre chipsene økonomisk levedygtige er der behov for en omkostningseffektiv måde at minimere virkningen af sidstnævnte gruppe.
Et andet problem er, at for at lave chipsene skal et ensartet monolag af kulstofnanorør aflejres over en wafer. Men dette har vist sig svært at gøre, fordi nanorør har en irriterende tendens til at klynge sig sammen. Et bundt af dem, der lander på en transistor, kan slå den ud af funktion.
Disse og andre udfordringer fascinerede Max Shulaker, en MIT-professor, som har arbejdet på andre bemærkelsesværdige projekter på området og har modtaget finansiering fra US Defense Advanced Projects Research Agency at udvikle nanorørteknologi .
Gruppen af forskere, han leder, har udviklet en fungerende 16-bit mikroprocessor bygget af over 14.000 carbon nanorør-transistorer, som Shulaker hævder er den mest komplekse, der nogensinde er demonstreret. De teknikker, de har fundet på, kan implementeres med udstyr, der bruges til at lave konventionelle siliciumchips, hvilket betyder, at chipproducenter ikke skal investere i dyrt nyt udstyr, hvis de vil lave nanorør-processorer.
Da de undersøgte sammenblandingsproblemet, opdagede forskerne, at nogle slags logiske porte, som er grundlæggende byggesten i digitale kredsløb, var mere modstandsdygtige over for problemer udløst af metallisk-lignende nanorør end andre. Det fik dem til at udvikle et nyt kredsløbsdesign, der prioriterer disse porte, mens de minimerer brugen af mere følsomme metalliske.
For at håndtere bundtningsproblemet coatede de en wafer i en polymer og vaskede den derefter forsigtigt af i etaper. Dette fjernede nanorørsklumperne og efterlod det monolag, der er nødvendigt for at få chippen til at fungere mest effektivt.
Vejen frem
Chippen, som MIT-forskerne producerede ved hjælp af disse teknikker, er i stand til at køre et simpelt program, der producerer beskeden Hello, World. Men hvis de skal fortrænge siliciumprocessorer, vil de i kulstof nanorør i sidste ende have brug for milliarder af transistorer, så de kan køre avanceret software.
IBM, som for et par år siden sagde, at det håbede på at få carbon nanorør-chips til at overtage fra silicium i 2020, arbejder også på projekter, der involverer teknologien. Men indsatsen har hidtil ikke formået at finde en måde at omsætte laboratoriegennembrud til praktisk fremstilling. De nye fremskridt gør vejen mod at gøre dette klarere. Der kræves ikke noget trosspring længere, siger Shulaker.