Pirmasis anglies nanovamzdelio kompiuteris

Pirmą kartą mokslininkai sukūrė kompiuterį, kurio centrinis procesorius yra visiškai pagrįstas anglies nanovamzdeliais – anglies forma, pasižyminčia nepaprastomis medžiagomis ir elektroninėmis savybėmis. Kompiuteris yra lėtas ir paprastas, tačiau jo kūrėjai, grupė Stanfordo universiteto inžinierių, teigia, kad jis rodo, kad anglies nanovamzdelių elektronika yra perspektyvus potencialus silicio pakaitalas, kai jis pasiekia savo ribas vis mažesnėse elektroninėse grandinėse.



pirmojo anglies nanovamzdelio kompiuterio dalies skenuojamosios elektroninės mikroskopijos vaizdas

Vamzdžio lustas: Šiame skenuojančiame elektronų mikroskopiniame vaizde parodyta pirmojo anglies nanovamzdelio kompiuterio dalis. Vaizdas buvo nuspalvintas, kad būtų galima atpažinti skirtingas lusto dalis.

Anglies nanovamzdelio procesorius savo galimybėmis yra panašus į Intel 4004 , pirmasis šios bendrovės mikroprocesorius, kuris buvo išleistas 1971 m., sakoma Subhašišas Mitra , elektros inžinierius Stanforde ir vienas iš projekto vadovų. Kompiuteris, aprašytas šiandien žurnale Gamta , vykdo paprastą programinės įrangos instrukcijų rinkinį, vadinamą MIPS. Jis gali perjungti kelias užduotis (skaičiuoti ir rūšiuoti skaičius) ir jas sekti, taip pat gali gauti duomenis iš išorinės atminties ir išsiųsti atgal į ją.

Nanovamzdelių procesorius sudarytas iš 178 tranzistorių, kurių kiekviename yra anglies nanovamzdeliai, kurių ilgis yra apie 10–200 nanometrų. Stanfordo grupė teigia, kad sukūrė šešias anglies nanovamzdelių kompiuterių versijas, įskaitant vieną, kurią galima prijungti prie išorinės aparatinės įrangos - skaitmeninės klaviatūros, kurią galima naudoti skaičiams įvesti papildymui.

Aaronas Franklinas IBM Watson tyrimų centro Yorktown Heights (Niujorkas) mokslininkas teigia, kad palyginimas su 4004 ir kitais ankstyvaisiais silicio procesoriais yra tinkamas. Jis sako, kad tai puiki demonstracija elektronikos bendruomenės žmonėms, kurie abejojo ​​anglies nanovamzdeliais.

Franklino grupė įrodė, kad atskiri anglies nanovamzdelių tranzistoriai, mažesni nei 10 nanometrų, yra greitesni ir efektyvesni nei pagaminti iš bet kurios kitos medžiagos, įskaitant silicį. Teorinis darbas taip pat rodo, kad anglies nanovamzdelių kompiuteris būtų daug efektyvesnis nei geriausi silicio kompiuteriai. Nanomedžiagos gebėjimas išsklaidyti šilumą rodo, kad anglies nanovamzdelių kompiuteriai gali veikti nepaprastai greitai ir neįkaisti – ši problema šiandienos kompiuteriuose nustato silicio procesorių greičio apribojimus.

Vis dėlto kai kurie žmonės abejoja, kad anglies nanovamzdeliai pakeis silicį. Darbas su anglies nanovamzdeliais yra didelis iššūkis. Paprastai jie auginami taip, kad būtų susipainioję, o maždaug trečdalis vamzdžių yra metaliniai, o ne puslaidininkiai, o tai sukelia trumpuosius jungimus.

Per pastaruosius kelerius metus Mitra bendradarbiavo su Stanfordo elektros inžinieriumi Filipas Wongas , kuris sukūrė būdus, kaip išvengti kai kurių medžiagų iššūkių, kurie neleido sukurti sudėtingų grandinių iš anglies nanovamzdelių. Wongas sukūrė metodą, kaip išauginti dažniausiai labai tiesius nanovamzdelius ant kvarco, tada perkelti juos į silicio substratą, kad būtų pagaminti tranzistoriai. Stanfordo grupė taip pat padengia aktyviąsias tranzistorių sritis apsaugine danga, tada išgraviruoja visus paklydusius nanovamzdelius.

Wongas ir Mitra taip pat taiko įtampą, kad išjungtų visus lusto puslaidininkius nanovamzdelius. Tada jie impulsuoja didelę srovę per lustą; metaliniai įkaista, oksiduojasi ir suyra. Visus šiuos nanovamzdelių pataisymus ir likusį gamybos procesą galima atlikti naudojant standartinę įrangą, kuri naudojama šiandieninėms silicio lustams gaminti. Šia prasme procesas yra keičiamas.

Praėjusio mėnesio pabaigoje, val Karšti traškučiai , atsitiktinai Stanforde surengta inžinerinio projektavimo konferencija, DARPA mikrosistemų technologijų biuro direktorius sukėlė ažiotažą aptardamas silicio elektronikos pabaigą. Pagrindiniame pranešime Robertas Colwellas , buvęs „Intel“ vyriausiasis architektas, prognozavo, kad jau 2020 m. kompiuterių pramonė nebegalės toliau gerinti našumo ir sąnaudų, padvigubinant silicio tranzistorių tankį lustuose kas 18–24 mėnesius – tai žygdarbis, pavadintas Moore'o įstatymu. po „Intel“ įkūrėjo Gordono Moore'o, kuris pirmasis pastebėjo šią tendenciją.

Mitra ir Wong tikisi, kad jų kompiuteris parodys, kad anglies nanovamzdeliai gali būti rimtas atsakymas į klausimą, kas bus toliau. Kol kas nė viena nauja technologija neprilygsta siliciui. Mitra sako, kad iš visų atsirandančių medžiagų ir naujų idėjų, laikomų galimais gelbėtojais – nanolaidais, spintronika, grafenu, biologiniais kompiuteriais – niekas nesukūrė centrinio procesoriaus, pagrįsto nė vienu iš jų. Šiame kontekste įdomu pasivyti silicio našumą maždaug 1970 m., nors ir belieka daug nuveikti.

Viktoras Žirnovas , nanoelektronikos specialistas Puslaidininkių tyrimų korporacija Durhame, Šiaurės Karolinoje, nusiteikęs daug atsargiau. Jis pažymi, kad nanovamzdelių procesorius turi 10 milijonų kartų mažiau tranzistorių nei įprasti šiuolaikiniai mikroprocesoriai, jis veikia daug lėčiau ir penkis kartus didesne įtampa, o tai reiškia, kad jis naudoja maždaug 25 kartus daugiau energijos.

Dalį nanovamzdelių kompiuterio vangumo nulėmė sąlygos, kuriomis jis buvo pastatytas – akademinėje laboratorijoje, naudojant tai, ką turėjo Stanfordo grupė, o ne pramonės standarto gamykloje. Procesorius yra prijungtas prie išorinio standžiojo disko, kuris tarnauja kaip atmintis, per didelį elektros laidų pluoštą, kurių kiekvienas jungiamas prie didelio metalinio kaiščio nanovamzdelio procesoriaus viršuje. Kiekvienas iš kaiščių savo ruožtu jungiasi prie lusto įrenginio. Ši netvarkinga pakuotė reiškia, kad duomenys turi keliauti didesnius atstumus, o tai sumažina kompiuterio efektyvumą.

Turėdama turimus įrankius, Stanfordo grupė taip pat negali pagaminti tranzistorių, mažesnių nei maždaug vienas mikrometras – palyginkite tai su anksčiau šį mėnesį paskelbtu „Intel“ pranešimu, kad kita produktų linija bus sukurta remiantis 14 nanometrų technologija. Tačiau jei grupė taptų moderniausia gamykla, jos gamybos našumas padidėtų pakankamai, kad būtų galima pagaminti kompiuterius su tūkstančiais mažesnių tranzistorių, o kompiuteris veiktų greičiau.

Norėdami pasiekti puikų nanovamzdelių teoriškai siūlomą našumo lygį, mokslininkai turės išmokti sukurti sudėtingas integrines grandines, sudarytas iš nesugadintų vieno nanovamzdelio tranzitorių. Franklinas sako, kad įrenginių ir medžiagų ekspertai, tokie kaip jo grupė IBM, turi pradėti glaudžiau bendradarbiauti su grandinių projektuotojais, tokiais kaip Stanfordo, kad pasiektų realią pažangą.

Mes puikiai žinome, kad silicis baigiasi, o po 10 metų jis baigsis, sako Zhirnovas. Jei anglies nanovamzdeliai taps praktiški, tai turi įvykti greitai.

paslėpti