Bliski koniec kariery krzemu

Rewolucja w elektronice. Powstał pierwszy komputer, który działa bez tradycyjnego półprzewodnika.

Publikacja: 26.09.2013 02:22

Nanorurki węglowe komputera widziane okiem elektronowego mikroskopu skaningowego

Nanorurki węglowe komputera widziane okiem elektronowego mikroskopu skaningowego

Foto: Butch Colyear

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.

Naukowcy gorączkowo poszukują innego materiału na półprzewodniki, który byłby pozbawiony wad krzemu. W tej dziedzinie – oprócz węglowych nanorurek – nadzieje budzi grafen. To również węgiel, ale atomy tego pierwiastka są ułożone w jednej warstwie, połączone w strukturę złożoną z sześciokątów.

Choć tranzystory, które wykorzystują w swej budowie grafen już powstały, na razie materiał ten jeszcze nie jest używany na większą skalę. Technologia produkcji grafenu nie jest jeszcze dopracowana.

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.

Pozostało 89% artykułu
Materiał Promocyjny
Kod Innowacji - ruszył konkurs dla firm stawiających na nowe technologie w komunikacji z konsumentami
https://track.adform.net/adfserve/?bn=77855207;1x1inv=1;srctype=3;gdpr=${gdpr};gdpr_consent=${gdpr_consent_50};ord=[timestamp]
Materiał Promocyjny
Polska na czele rewolucji technologii kwantowych
Nowe technologie
Niewykrywalny bombowiec strategiczny Sił Powietrznych USA odbył pierwszy lot
Nowe technologie
Co mówią kury? Naukowcy opracowali tłumacza, użyli sztucznej inteligencji
Materiał Promocyjny
Bank Pekao wchodzi w świat gamingu ze swoją planszą w Fortnite
Nowe technologie
Prof. Zybertowicz: AI może potraktować ludzkość jak budowniczy autostrad traktują mrowiska