Eine nahaufnahme von einem Mikroprozessor, die mit carbon nanotube-transistoren.Bild: Felice Frankel
Wissenschaftler am MIT baute ein 16-bit-Mikroprozessor, der aus Kohlenstoff-Nanoröhren und lief sogar ein Programm auf, eine neue Arbeit berichten.
Silizium-basierte computer-Prozessoren zu sein scheinen, nähert sich ein limit, wie klein können Sie skaliert werden, so die Forscher sind auf der Suche nach anderen Materialien, die könnte er für nützlich Prozessoren. Es scheint, dass transistoren aus Röhren von rolled-up, single-atom-dicken Blätter von Kohlenstoff, sogenannte Kohlenstoff-Nanoröhrchen, könnten eines Tages haben mehr Rechenleistung und benötigen gleichzeitig weniger Energie als Silizium.
“Diese Arbeit ist besonders spannend, weil die Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind eine der vielversprechendsten Supplemente in die Zukunft jenseits von Silizium-Computer,” Max Shulaker, die in der Studie entsprechenden Autor und assistant professor am MIT, sagte Gizmodo.
Verschiedene Formen von Kohlenstoff, wie Kohlenstoff-Nanoröhren, haben eine lange und bewegte Geschichte, aber Sie kann Attribut die mainstream-hype um Sie, um Ihre Stärke im Verhältnis zu Ihrer winzigen Größe und Ihrer interessanten elektronischen Eigenschaften ist. Wissenschaftler glauben, dass diese Eigenschaften können für transistoren auf Basis von Kohlenstoff-Nanoröhren, die sind 10-mal mehr Energie effizienter als Silizium-Halbleiter.
Halbleiter, die durch die Art und Weise, gibt Materialien, die sind beide Isolatoren (Sie nicht für die Durchführung eines elektrischen Stroms) und Dirigenten (Sie führen ein Strom) auf der Grundlage der Höhe der Spannung, die Sie für Sie gelten. Transistoren sind elektrische Schalter, die heute auf der Grundlage dieser halbleitenden Eigenschaften, und die zentralen Komponenten der computer-Prozessoren. Silizium und die meisten Kohlenstoff-Nanoröhren Halbleiter.
Shulaker war der erste Autor des Papiers Debüt einen single-bit-Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Prozessor in 2013, und die MIT-Gruppe, geführt von der Gage Hills und Christian Lau, hat nun wurde eine funktionsfähige 16-bit-Prozessor genannt RV16X-NANO, die verwendet Kohlenstoff nanotubes, anstatt silicon, der für seine transistoren. Der Prozessor wurde konstruiert unter Verwendung der gleichen Industrie-standard-Prozesse hinter den Silizium-chips—Shulaker erklärte, dass es im Grunde nur ein Silizium-Mikroprozessor, der mit Kohlenstoff-Nanoröhren anstelle von Silizium.
Der Prozessor arbeitet gut genug, um zu laufen, HALLO WELT, ein Programm, das einfach die Ausgänge der Satz “HELLO WORLD” und ist das erste Programm, dass die meisten Codierung lernen. Shulaker seine Leistung im Vergleich zu einem Prozessor Sie kaufen bei hobby-shop zu Steuern einen kleinen Roboter.
Bau den chip beginnt mit einem Silizium-wafer. Der Wissenschaftler eintauchen der wafer in eine Lösung aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, aufgelöst in einer Flüssigkeit, rief toulene. Sobald der wafer trocknet, Sie wegzuätzen carbon nanotubes, außer diejenigen, die als transistoren. Dann, fügen Sie die Metall-Kontakte, die würde anfügen Drähte, und schließlich schneiden der wafer in Mikrochips. Ich fragte, ob die einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen-transistor, der sah aus wie ein winziger Haufen von getrockneten spaghetti und Shulaker nicht Nein sagen.
Aber es gibt einen Haken. Eine kleine, aber beachtenswerte Anteil von Kohlenstoff-Nanoröhren wirken wie Adern anstelle von Halbleitern. Shulaker erklärte, dass die Studie Autor Hügeln entwickelte eine Technik namens TRAUM, in dem die schaltungen wurden speziell entwickelt, um trotz der Anwesenheit von metallischen Nanoröhren. Und natürlich, der Aufwand stützte sich auf den Beitrag jedes Mitglied der relativ kleinen team. Die Forscher veröffentlichten Ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature heute.
“Das ist schon eine Leistung,” Franz Kreupl, professor für Hybride Elektronische Systeme an der TU München in Deutschland in der Studie nicht beteiligt, sagte Gizmodo. Er erklärte, dass ein Großteil der Forschung hat sich verschoben auf zweidimensionalen Materialien wie Graphen und kohlenstoffnanoröhren sind vergleichsweise hart, mit zu arbeiten.
Das MIT-team gestaltete Ihre Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Prozessor knapp unter 325 Grad Celsius (etwa 617 Grad Fahrenheit). Das klingt ziemlich heiß, aber die Herstellung der Silizium-transistoren erfordert Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius (1,832 Grad Fahrenheit). Diese niedrigeren Temperaturen machen es einfacher, um zusätzliche Schichten auf der Oberseite der ersten Schicht und erzeugen höhere Dichte, dreidimensionale chips als Silizium erlauben würde, Kreupl sagte.
Sie haben vielleicht gehört, dass Moore ‘ s Gesetz, die Vermutung, dass die Anzahl der transistoren auf einem dichten Mikrochips alle zwei Jahre verdoppeln würde (das hat sich gehalten seit Jahrzehnten). Aber schließlich und wahrscheinlich bald, Moore ‘ s Gesetz wird bump up gegen die Grenzen der Gesetze der Physik. Wissenschaftler sind auf der Suche nach diesen neuen Geräten zu halten, die Moore ‘ s law geht-oder zumindest mehr Leistung erhöht sich von anderen Materialien als Silizium. Kohlenstoff-Nanoröhrchen kann eines dieser Materialien.
Letztlich ist das Ziel nicht zu löschen, die die Jahrzehnten Fortschritte gemacht, die von Silizium-Mikrochips—vielleicht Unternehmen integrieren können Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Stücke in bestehende Architekturen.
Noch ist es ein proof-of-concept. Das team ist noch nicht berechnet der chip die Leistung ist oder ob es tatsächlich mehr Energie effizienter als Silizium—die Gewinne werden auf der Basis von Hochrechnungen. Aber Shulaker hofft, dass die Arbeit des Teams und dienen als Fahrplan in Richtung cnt in Computern für die Zukunft.
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