Sprawdź jaki laptop Intel Evo jest najlepszy dla Ciebie Więcej
Nauka

Niesamowite. Oto procesor wykonany z... nanorurek węglowych

JS
Jakub Szczęsny
13

Możliwości wykorzystywanego przez nas krzemu powoli się kończą. Niestety, ale nie ograniczenia fizyczne przestają nam pozwalać na kolejne kroki ku zmniejszaniu układów stosowanych w komputerach czy urządzeniach mobilnych. A co, gdybyśmy wyszli poza krzem w budowie takich komponentó? Zdaje się, ż...

Możliwości wykorzystywanego przez nas krzemu powoli się kończą. Niestety, ale nie ograniczenia fizyczne przestają nam pozwalać na kolejne kroki ku zmniejszaniu układów stosowanych w komputerach czy urządzeniach mobilnych. A co, gdybyśmy wyszli poza krzem w budowie takich komponentó?

Zdaje się, że nanorurki węglowe zdają się być najlepszym kandydatem do zastąpienia krzemu w elektronice: mają fantastyczne właściwości elektryczne i spełniają wymóg kompaktowości. Niestety, manipulowanie nimi w celu umieszczenia ich we właściwym miejscu jest trudne - jednak poczyniono w tym zakresie pewne postępy i możemy je oglądać w takich właśnie projektach demonstracyjnych. Oto pierwszy 16-bitowy procesor z nanorurek węglowych.

Wykonany z nanorurek procesor jest zgodny ze standardem RISC-V, obsługuje instrukcje 32-bitowe, a pamięć adresuje w 16 bitach. Jego wydajność w kontekście tego, co znamy obecnie pozostawia wiele do życzenia, ale radzi sobie z demonstracyjnymi, prostymi programami. Na przykład: udało mu się uruchomić przygotowaną dla niego odmianę "Hello world". I choć wydaje się to niezwykle trywialne, dla naukowców stanowi to nie lada sukces. Wszak nie od razu Rzym zbudowano.

Jednak obecnie z nanorurkami jest sporo problemów w kontekście produkcji procesorów opartych na nanorurkach. Dodatkowo, nie tworzą one naturalnie półprzewodników typu p lub n. W krzemie nie ma z tym większego kłopotu. Poza tym, proces wyprodukowania krzemowego układu jest obecnie ultra-tani i prosty; technologia pozwalająca na własną produkcję nie ma wysokiego progu wejścia (relatywnie). Inaczej jest z nanorurkami węglowymi - tutaj napotyka się znaczące trudności.

Zobacz także: Intel miesza jeszcze bardziej. 14 nm w procesorach mobilnych 10 generacji

Demonstracyjny procesor został stworzony przez naukowców z MIT oraz specjalistów z Analog Devices Inc., którzy opracowali podstawy produkcji nanorurek wykorzystywanych w procesorach: po pierwsze, pogodzono się z faktem "chaosu" w nanorurkach i wykonano powierzchnię silikonową z metalowymi elementami, które były wystarczająco duże, aby pomieścić kilka nanorurek. By pozbyć się kruszyw, nałożono warstwo metalu, a następnie "zerwano ją" poprzez sonikację - nie naruszając nanorurek. Dodano również warstwę tlenku na wierzchu nanorurek o różnych właściwościach: w połączeniu z konkretnymi metalami udało się przekształcić nanorurki w półprzewodniku typu p lub n - w zależności od architektury układu.

W trakcie projektowania logiki działania układu, zauważono, że niektóre funkcje logiczne są mniej "wrażliwe" na pracę w środowisku nanorurek. Zmodyfikowano więc narzędzie projektowe RISC o otwartym kodzie źródłowym, aby uwzględnić te warunki. W efekcie powstał układ scalony, w którym nie było ani jednej bramki logicznej wrażliwej na pracę w szczególnym środowisku. Efektem prac był procesor RV16X-NANO zaprojektowany tak, aby obsługiwał 32-bitowe instrukcje RISC-V. Adresowanie pamięci ograniczono do 16 bitów, a jednostki funkcjonalne uwzględniają pobieranie instrukcji, dekodowanie, rejestry, jednostki wykonawcze i zapisywanie danych w pamięci. W RV16X-NANO znajduje się ponad RV16X-NANO i w trakcie testów udowodniono, że każda z 14 000 bramek logicznych po prostu działała.

Czy to rewolucja w zakresie stosowania nanorurek?

Jeszcze nie, ale procesory wykorzystujące nanorurki węglowe mogą okazać się w przyszłości czarnym koniem elektroniki użytkowej. W tym momencie są jedynie ciekawostką, w dodatku trudną do opracowania i drogą w produkcji. Nic jednak nie stoi na przeszkodzi przed tym, aby prowadzić dalsze badania w ich zakresie i obmyślać nowe sposoby ich wytwarzania oraz implementowania w układach.

Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu

Więcej na tematy: