Читать «Цифровой журнал «Компьютерра» № 192» онлайн - страница 43
Коллектив авторов
Но — начинать? Руки прочь от святыни! BASIC ещё послужит.
От кремния к углероду: как создавали первый процессор на углеродных нанотрубках
Группа исследователей из Стэнфордского университета впервые процессор, в котором вместо кремния применяются углеродные нанотрубки. На его основе был собран стенд с периферией и измерительным оборудованием, работающий как демонстрационный компьютер под управлением специально написанной для него многозадачной операционной системы.
Компьютер на базе процессора из углеродных нанотрубок (фото: theverge.com).
Постоянная работа над уменьшением размеров логических элементов в микросхемах была и до сих пор остаётся главным направлением развития полупроводниковой промышленности. Именно она лежит в основе роста производительности и повышения энергоэффективности чипов каждого нового поколения. Очевидно, это не может продолжаться до бесконечности — в силу технических причин и физических ограничений.
Уже многие годы особое внимание уделяется искусственно создаваемым полупроводниковым материалам, способным заменить кремний в микросхемах. С появлением нанотехнологий углеродные нанотрубки (УНТ) стали рассматриваться в качестве одной из наиболее перспективных структур для микроэлектроники. Однако до сего дня все связанные с ними научные работы были демонстрациями единичных элементов или вовсе сугубо теоретическими выкладками.
Группе под руководством адъюнкт-профессора Субхасиша Митры (Subhasish Mitra) удалось добиться первых практических результатов. Сорок четыре года прошло между появлением первого кремниевого микротранзистора и его более совершенного аналога углеродной природы. Ещё пятнадцать лет потребовалось на доработку технологии производства УНТ и объединения разрозненных элементов из них в логическую схему — процессор, слегка превосходящий по своим возможностям уровень доказательства концепции.
Схема процессора из углеродных нанотрубок (изображение: Nature / Max M. Shulaker et al.).
Столь долгий период был обусловлен рядом сложных проблем, главной из которых стали свойства самих УНТ. Формально углеродная нанотрубка — полупроводник, но в реальном макрообразце всегда получается примесь нанотрубок со свойствами проводника. К тому же в процессе их производства крайне трудно добиться отсутствия боковых ветвлений и упорядоченного расположения, однородности их размеров и структуры. Нарушения взаимной ориентации создают паразитные соединения, а длина и структура прямо влияют на физические свойства.
Коллектив из Стэнфордского университета решил временно пожертвовать размером транзисторов ради проверки самой идеи создания процессора из УНТ. Для эксперимента были выбраны нанотрубоки диаметром около десяти нанометров. Такой размер сопоставим с разрешающей способностью современного оборудования для фотолитографии, однако при прочих равных УНТ обладают большей подвижностью электронов, обеспечивая лучшую энергоэффективность.
