Большая цитата: "Привет, мир! Я RV16X-NANO, сделанный из УНТ », – говорится в первом сообщении первой программы, работающей на процессоре с углеродными нанотрубками (УНТ). Созданный физиками Массачусетского технологического института, Nano в восемьдесят раз превосходит своего предшественника в 14 702 полевых транзисторах с углеродными нанотрубками (CNFET) и способен выполнять набор 32-битных команд RISC-V на 16-битных данных. Однако, что самое замечательное в Nano, это не то, что в нем нового, а то, что старо.
По правде говоря, прошло уже некоторое время с тех пор, как закон Мура показал, что склонность процессоров удваивать количество транзисторов каждые два года была абсолютно точной. Фундаментальные свойства кремния начинают ограничивать развитие и будут существенно ограничивать будущие приросты производительности, однако, если инвестировать 50 лет и миллиарды, кажется нелепым, что любая технология «за пределами кремния» может привести в действие компьютеры будущего. И все же, Nano может сделать это, используя свою способность проектироваться и изготавливаться как обычная кремниевая пластина, в то же время используя углерод для получения теоретической тройной производительности на одну треть мощности.
Nano начал свою жизнь так же, как и все процессоры, 150-миллиметровую пластину с рисунком, вырезанным из него с помощью обычного чип-чипа. Окунувшись в раствор углеродных нанотрубок, связанных вместе, как микроскопические спагетти, он вновь появился с полупроводящими углеродными нанотрубками, застрявшими в виде транзисторов и уже запечатленных на нем логических элементов. Затем он проходит процесс, называемый «RINSE», удаление инкубированных нанотрубок путем селективного отшелушивания путем покрытия полимером и затем погружения в растворитель. Это приводит к тому, что слой УНТ превращается в одну трубу, удаляя большие скопления УНТ, которые слипаются в 250 раз эффективнее, чем предыдущие методы.
Одной из проблем, с которыми сталкиваются процессоры CNT, была трудность разделения транзисторов N-типа и P-типа, которые «включены» для 1 бита и «выключены» для 0 бита и наоборот, соответственно. Разница важна для бинарных вычислений, и для ее совершенствования исследователи представили «MIXED» – конструкцию металлических интерфейсов, скрещенную с электростатическим легированием. После RINSE к каждому транзистору добавляются небольшие платиновые или титановые компоненты, затем пластина покрывается оксидом, который действует как герметик, улучшая рабочие характеристики. После этого Нано был почти готов.
Частью блеска Nano является его способность преодолевать внутренние недостатки производства УНТ, которые ранее были препятствием для исследователей. Очень небольшая часть УНТ имеет высокую концентрацию проводящих металлических примесей, которые заставляют транзистор всегда включаться или выключаться, что имеет каскадный эффект, который может нанести вред всему процессору. Теоретическая чистота, необходимая для предотвращения этого, составляет 99,999999%; явно недостижимый; и, таким образом, исследователи изобрели «МЕЧТУ», разрабатывая устойчивость к металлическим УНТ.
Исследователи отметили, что, хотя одна нечистая УНТ может разрушить одни логические врата, если она используется определенным образом в другом, она может быть безвредной. Они разработали программное обеспечение, чтобы предсказать, когда нечистые CNT нанесут наименьший ущерб, и разработали Nano с этой отказоустойчивой архитектурой. «Игра« DREAM »очень важна, потому что это решение мечты», – говорит Макс Шулакер, соавтор. «Это позволяет нам покупать углеродные нанотрубки с полки (с чистотой 99,99%), бросать их на пластину и просто строить нашу схему как обычно, не делая ничего особенного».
Поскольку Nano построил свою пластину на оборудовании, обычно используемом для обычных кремниевых процессоров, работает с набором команд RISC-V с открытым исходным кодом и был разработан с использованием общедоступного программного обеспечения Bluespec, похоже, мало что мешает его расширению. Компания DARPA, которая поддержала исследование, уже начала внедрять технологии производства Nano на экспериментальном заводе. «Мы думаем, что вопрос уже не в том, а когда», – сказал Шулакер, добавив, что продукты CNT могут появиться на прилавках уже через пять лет.
Изображение предоставлено: Laura Ockel на Unsplash
Современный микропроцессор, построенный из дополнительных транзисторов с углеродными нанотрубками, Природа (Август 2019 г.)
Add comment