Инженеры создали микропроцессор из углеродных нанотрубок

После многих лет решения многочисленных проблем проектирования и производства исследователи MIT создали современный микропроцессор из транзисторов с углеродными нанотрубками, которые широко рассматриваются как более быстрая и экологичная альтернатива их традиционным кремниевым аналогам.

Микропроцессор, описанный в журнале Nature, может быть построен с использованием традиционных процессов изготовления кремниевых чипов, что представляет собой важный шаг к тому, чтобы сделать микропроцессоры на основе углеродных нанотрубок более практичными.

Кремниевые транзисторы — важные микропроцессорные компоненты, которые переключаются между 1 и 0 для выполнения вычислений — десятилетиями использовались в компьютерной индустрии. Как и предсказывал закон Мура, производители смогли сокращать размеры и вставлять все больше транзисторов в микросхемы каждые несколько лет, чтобы помочь выполнять все более сложные вычисления. Но эксперты теперь предвидят время, когда кремниевые транзисторы прекратят сокращаться и будут становиться все более неэффективными.

Изготовление транзисторов с углеродными нанотрубками (CNFET) стало основной целью при создании компьютеров следующего поколения. Исследования показывают, что CNFET обладают свойствами, которые обещают примерно в 10 раз более высокую энергоэффективность и гораздо большую скорость по сравнению с кремнием. Но при изготовлении, транзисторы часто имеют много дефектов, которые влияют на производительность, поэтому они остаются непрактичными.

Исследователи из Массачусетского технологического института изобрели новые методы для значительного ограничения дефектов и обеспечения полного функционального контроля при изготовлении CNFET, используя процессы в традиционных производствах с кремниевыми чипами.

Они продемонстрировали 16-разрядный микропроцессор с более чем 14 000 CNFET, который выполняет те же задачи, что и коммерческие микропроцессоры. В их статье описывается конструкция микропроцессора, и на ней содержится более 70 страниц, подробно описывающих методику производства.

«На сегодняшний день это самый продвинутый чип, созданный из любой появляющейся нанотехнологии, которая является перспективной для высокопроизводительных и энергоэффективных вычислений», — говорит соавтор работы Макс Шулакер, помощник профессора по электротехнике и вычислительной технике Эмануэля Ландсмана.

«Существуют ограничения для кремния. Если мы хотим продолжать иметь успехи в вычислительной технике, углеродные нанотрубки представляют собой один из наиболее многообещающих способов преодоления этих ограничений. Мы полностью заново изобретает способ создания чипов с углеродными нанотрубками».

Основная цель — вывести новые процессоры на рынок. Хотя никто не может сказать, когда микросхемы, сделанные полностью из углеродных нанотрубок, пойдут в серийное производство, исследователи MIT говорят, что это может занять менее пяти лет. «Мы думаем, что это уже не вопрос «если, а вопрос — когда».

Gage Hills et al. Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1493-8