Создан первый в мире процессор из углерода
Создан первый процессор, состоящий из углеродных нанотрубок - перспективного материала, который, как полагают исследователи, однажды сможет заменить традиционные кремниевые транзисторы.
Ученые из Стэнфордского университета создали первый простейший процессор, роль транзисторов в котором играют углеродные нанопроволоки.
Углеродные нанотрубки (УНТ) давно считаются потенциальным заменителем кремниевых транзисторов, так как они могут позволить продолжить уменьшать размеры электронных деталей, значительно снизить их энергопотребление и объем тепла, которые они выделяют во время работы, рассказал профессор Калифорнийского университета в Беркли Ян Рэби (Jan Rabaey). Однако до настоящего времени оставалось неясным, смогут ли нанотрубки оправдать возложенные на них ожидания.
Миниатюризация электроники — главная движущая сила компьютерной революции, она позволила добиться нынешней мощности и энергоэффективности компьютеров. И хотя прогресс в кремниевых микросхемах ещё продолжается, но появляются и более совершенные технологии производства электроники.
Одно из самых перспективных направлений — углеродные нанотрубки. Учёные уже собирали из них отдельные транзисторы (первый показали в 1998 году) и убедились, что уникальный материал обеспечивает гораздо более высокую энергоэффективность при таком же быстродействии, что и кремниевые транзисторы.
Впервые создать транзистор из УНТ было предложено около 15 лет назад. Однако с тех пор ученым так и не удавалось построить из них сложные электронные цепи из-за наличия в трубках большого количества дефектов.
«Это именно то, что удалось решить исследователям из Стэнфордского университета», - пояснил Джованни Де Михели (Giovanni De Micheli), профессор Электротехнического института при Федеральной политехнической школе Лозанны в Швейцарии.
По мнению профессора, ученые сделали две важные вещи. Во-первых, они разработали процесс производства УНТ, пригодных для создания электронных схем. Во-вторых, они построили эффективную цепь, на примере которой показали, что УНТ вполне могут быть использованы для вычислений.
Первая проблема заключалась в получении прямых углеродных нанотрубок, без наличия кривизны любой степени. В микросхеме могут присутствовать миллиарды нанотрубок, и если некоторые из них будут кривыми, это приведет к ошибкам в работе всей системы, рассказали ученые. Со временем они научились выращивать прямыми до 99,5% нанотрубок.
Вторая проблема заключалась в том, что не все нанотрубки работают как транзисторы (то есть как переключатели) - часть из них действует как обычный металлический проводник тока. Чтобы избавиться от таких нанотрубок, исследователи предприняли следующее. Сначала они выключили в цепи все нанотрубки, работающие как транзисторы. Затем они подали на цепь напряжение, которое нагрело нанотрубки-проводники до такой степени, что они испарились. Это позволило очистить цепь практически от всех нанотрубок-проводников.
Наконец, чтобы исключить возможность появления ошибок в результате наличия кривизны у оставшихся 0,5% трубок, ученые разработали специальный программный алгоритм, который обеспечивает исправную работу цепи вне зависимости от наличия этого дефекта.
Используя совокупность данных методов, исследователи смогли создать процессор со 178 транзисторами, вычислительная мощность которого оказалась примерно сопоставима с мощностью микропроцессора Intel 4004, выпущенного в 1971 г.. Он смог выполнять такие задачи, как подсчет и сортировка чисел. Ученые также продемонстрировали способность чипа выполнять инструкций из набора MIPS.
По мнению профессора Иллинойского университета в Урбане-Шампейне Нареша Шанбхага (Naresh Shanbhag), пройдут годы перед тем, как компании научатся выпускать процессоры из нанотрубок в промышленном масштабе. Главное сейчас - то что ученые из Стэнфордского университета доказали состоятельность идеи использования УНТ вместо транзисторов, открыв новые области для дальнейших исследований.
