Bliski koniec kariery krzemu

Mimo że w ciągu ostatnich dziesięciu lat powstało wiele układów elektronicznych wykorzystujących jako półprzewodniki węglowe nanorurki, dopiero teraz udało się skonstruować normalnie działający komputer z tym materiałem. Pracuje pod kontrolą specjalnego systemu operacyjnego.

Urządzenie zbudował kilkuosobowy zespół inżynierów z Kalifornii. Szefem grupy naukowców jest Max Shulaker z Uniwersytetu Stanforda.

Budowę i działanie maszyny inżynierowie opisują w dzisiejszym wydaniu magazynu „Nature”. „Chociaż nasz komputer, w porównaniu z dostępnymi dzisiaj, jest dość prymitywny, wskazuje na obiecującą alternatywę dla krzemu” – piszą inżynierowie. „Układy cyfrowe wykorzystujące tranzystory wykonane z nanorurek węglowych mogą wyprzeć krzem ze względu na efektywność energetyczną, która jest w tym wypadku lepsza o rząd wielkości”.

Naukowcom udało się zbudować szkielet z nanorurek węglowych i połaczyć z podłożem. W ten sposób powstał półprzewodnik, z którego zbudowany został procesor eksperymentalnego komputera. Wykorzystuje jedynie 1 bit pamięci i jedną instrukcję, podczas gdy współczesne maszyny pracują w oparciu o 32- lub 64-bitowe procesory z zastosowaniem wielu instrukcji.

„Autorzy artykułu pokazali, jak wielobitowe operacje można uzyskać, stosując wielokrotnie operacje jedynie przy użyciu 1 bita pamięci, choć pochłania to więcej czasu” – pisze w komentarzu w „Nature” Franz Kreupl z Uniwersytetu Technicznego w Monachium.

Maszyna jest w stanie prowadzić obliczenia i równocześnie generować algorytmy do sortowania, choć w kategorii wydajności daleko jej do bycia konkurencją dla współczesnych maszyn. Gdyby ten komputer był zbudowany w roku 1955, byłby bezkonkurencyjny” – pisze Kreupl.

Według niemieckiego specjalisty postęp w budowie tego typu maszyn zależy od rozwoju technologii produkcji nanorurek węglowych.

„Jeżeli inżynierom z amerykańskiego zespołu uda się wyposażyć komputer w procesor 64-bitowy przy wymiarach pojedynczego tranzystora, nie większych niż 20 nanometrów (miliardowych części metra), wkrótce będziemy mogli pracować na takich maszynach” – przewiduje Kreupl.

O tym, że dni krzemu w układach scalonych komputerów są policzone, wiadomo od dawna. Gordon Moore, jeden z założycieli firmy Intel, zauważył, że liczba tranzystorów stosowanych w mikroprocesorach podwaja się w równych odstępach czasu, trwających około roku. W 1965 roku napisał artykuł na ten temat opublikowany w „Electronics Magazine”. Regularność tych zmian sprawiła, że stwierdzenie współzałożyciela Intela trafiło do powszechnej świadomości jako „prawo Moore’a”. Z biegiem lat czas podwajania się liczby tranzystorów w mikroprocesorach wydłużył się do 24 miesięcy.

Specjaliści przewidują, że w kolejnych latach okres, w ciągu którego podwoi się ilość tranzystorów w procesorach, wydłuży się do trzech lat.

Ale rozrastanie się procesorów opartych na krzemie ma granice. Barierą są ich rozmiary, coraz większa konsumpcja prądu i ilość oddawanego podczas pracy ciepła.