13

Niesamowite. Oto procesor wykonany z… nanorurek węglowych

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 […]

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.

procesor nanorurki

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.