Конференція Високопродуктивні обчислення, Київ, 13-15 жовтня 2014

IBM робить крок до обчислень на нанотрубках

4 листопада 2012

Від германію - до кремнію, і, зрештою, до вуглецю. Ще у 1940-х роках науковці з Bell Labs очистили германій, найважчий елемент з сім’ї вуглець-германій, який вперше використали для виробництва транзисторів.

За останні кілька десятиліть вчені створювали все менші за розмірами транзистори з кремнію, подвоюючи щільність їх розміщення на платі кожні рік-півтора у відповідності до закону Мура.

Досягнення у комп’ютерній техніці забезпечуються сталим експонентним зростанням кількості транзисторів на одну мікросхему. Однак, існує мінімальне значення кількості кремнію, яке потрібно для одного транзистора, а отже, є всі ознаки уповільнення цієї тенденції.

У той час, коли щільність розміщення транзистора зростає, частота роботи процесора, зумовлена швидкістю перемикання транзисторів, залишається приблизно сталою. Ось чому паралельні обчислення, як спосіб обійти подібне обмеження, стали настільки популярними.

Вуглецеві нанотрубки

З вуглецевих нанотрубок, у 10 000 разів тонших за волосину, можна створити транзистор

Вуглецеві нанотрубки теоретично можуть вбити двох зайців одним пострілом. На початку цього року IBM опублікувала статтю, в якій показана можливість створення транзистора розміром 10 нанометрів з вуглецю — вдвічі меншого за кремнієвий.

Більш того, напівпровідний вуглець забезпечує краще середовище для руху електронів. З точки зору обчислень це означає, що транзистори швидше перемикаються, що зрештою збільшує ефективність процесора від п’яти до десяти разів.

Проблема з вуглецевими нанотрубками, яка заважає їх використанню для виробництва транзисторів, полягає у тому, що вони складаються з провідного та напівпровідного матеріалу одночасно.

У той час, як напівпровідникові вуглецеві нанотрубки дозволяють електронам швидко переміщуватись вздовж трубки, металева частина — навпаки. А отже, необхідно зробити певне зусилля, щоб відсіяти металеву частину. Крім того, як і їх кремнієві побратими, вуглецеві нанотрубки вимагають делікатного розміщення на чипі.

Якщо ці перешкоди подолають, нова технологія обіцяє перевершити кремній у якості основного матеріалу для транзисторів. «Мотивацією для роботи з транзисторами на вуглецевих нанотрубках є їх розмір порядку нанометрів, вони випереджають транзистори з будь-яких інших матеріалів», — каже Супратік Гуа, директор відділу досліджень з фізики компанії IBM Research.

За його словами, вуглець може бути у п’ять разів кращим за звичний кремній. «Однак, — каже він, — існують певні проблеми, які треба вирішувати, наприклад, необхідність надзвичайної чистоти вуглецевих нанотрубок та певного їх розміщення на нанорівні».

Для розв’язання цих проблем IBM придумала хімічний метод виділення напівпровідникового матеріалу. Занурюючи субстрат, який складається з оксидів кремнію та гафнію, у рідкий розчин вуглецевих нанотрубок, напівпровідники приєднуються до оксиду гафнію.

У результаті IBM змогла розташувати 10 000 вуглецевих транзисторів на підкладці, використовуючи стандартні методи для виробництва напівпровідників.

Звичайно, сучасні кремнієві мікросхеми містять мільйони транзисторів, а через кілька років це число може перевищити мільярд. Тому вуглецевим нанотрубкам необхідно пройти довгий шлях.

Як би там не було, IBM змогла перевершити свої попередні досягнення, коли вдалось розмістити лише кілька сотень працюючих вуглецевих транзисторів. Подальші досягнення залежатимуть від успіхів у відокремленні металевих та напівпровідникових частин, ця технологія вимагає значного удосконалення.

За словами Гуа, IBM досить упевнена, що до кінця десятиліття впорається з задачею отримання чистого на 99,99% вуглецю, що стане переламним моментом для обчислень наступного покоління.

Теги: IBM, нанотехнології, паралельні обчислення, технології

Матеріали за темою:

Коментарі