Prvý programovateľný nanoprocesor na svete

Škálovateľná zostava 496 nanostrihových tranzistorov sa už počíta „ako veľká“

Programovateľný procesor vyrobený z tranzistorov Nanowire © Charles M. Lieber / Harvard University
čítať nahlas

Po prvýkrát sa vedcom podarilo vybudovať jednotlivé nanomodre nielen jediný tranzistor, ale celý procesor. Aj keď je programový nanoprocesor rovnako veľký ako prvok, dokáže už vyriešiť aritmetické a logické úlohy ako „veľký“. Prielom, ktorý sa teraz predstavil v kategórii „Príroda“, sa dosiahol, pretože vedci dokázali prekonať najväčšiu doteraz existujúcu prekážku: nejednotnosť stavebných blokov nanosadier.

Vývoj nanoprocesora z jednoduchých atómov a atómových kombinácií je dlho žiadaným cieľom nanotechnológie. Táto konštrukcia materiálov alebo predmetov z ich jednotlivých atómov sa označuje aj ako prístup „zdola nahor“. Je v rozpore s prístupom „zhora nadol“, v ktorom sa stále viac miniaturizujú jednoducho existujúce zariadenia alebo komponenty. Konštrukcia zariadení z ich atómových komponentov však stále predstavuje veľkú výzvu pre výskum.

Doterajší stav techniky príliš nerovnomerný

„Počas posledných desiatich až pätnástich rokov mali vedci ťažké budovať nanomateriály, uhlíkové nanorúrky a iné nanoštruktúry len za najjednoduchšími okruhmi, “ povedal Charles M. Lieber, vedecký pracovník Harvardskej univerzity a vedúci štúdie, v ktorej testovali sa nové metódy prístupov „zdola nahor“. „Z veľkej časti to bolo spôsobené individuálnymi odchýlkami vo vlastnostiach jednotlivých nanoštruktúr.“

Avšak práve týmto odchýlkam jednotlivých komponentov sa vedci Harvardu dokázali vyhnúť. Boli schopní vybudovať pre svoje obvody tranzistory, ktoré pozostávali z individuálnych štandardizovaných nanokrôtov z germánia a kremíka. Na syntézu týchto drôtov vedci vyvinuli metódu, ktorá umožňuje výrobu v reprodukovateľnej kvalite. „Ukázali sme, ako prekonať toto obmedzenie a tešíme sa na príležitosti využiť pri vývoji budúcej elektroniky princíp„ zdola nahor “, ktorý existuje v biológii, “ vysvetľuje Lieber.

Nanoprocesor prostredníctvom schémy obvodov Lieber / Harvard University

Prvý nanoprocesor so 496 tranzistormi

Novovyvinuté nanotransistory majú programovateľné prahové napätia, takže môžu byť selektívne prepnuté na aktívne alebo neaktívne v poli. Z týchto tranzistorov vedci zostavili logickú mriežku s veľkosťou iba 960 štvorcových mikrónov, v ktorej 496 z týchto konfigurovateľných nanotransistorov bolo v dvoch vzájomne prepojených poliach. Tento nanoprocesor môže byť naprogramovaný tak, aby vykonával rôzne digitálne logické operácie a podporoval ešte logickejšie mriežky v kaskádovej sekvencii. zobraziť

„Táto práca je kvantovým skokom v zložitosti a funkcii obvodov vybudovaných z nižšie, vysvetľuje Lieber. „Dokazuje to, že paradigma„ botomo-up “, ktoré sa výrazne líši od zásad návrhu dnešných komerčných obvodov, umožní v budúcnosti navrhnúť nanoprocesory a iné integrované systémy. Architektúra mriežky je úplne škálovateľná, takže je možné rozšírenie na väčšie mriežky.

Sľubné vďaka svojej malej veľkosti a nízkej spotrebe energie

Ďalšou pozitívnou črtou nových nanoprocesorov je ich nízka spotreba energie: po naprogramovaní tranzistory nanovláknov nevyžadujú pre svoju prácu žiadnu ďalšiu silu. „Tieto nové nanoprocesory sú z dôvodu svojej malej veľkosti a extrémne nízkej spotreby energie komponenty, ktoré dokážu ovládať a riadiť celú triedu menších a ľahších elektronických zariadení a senzorov, “ vysvetľuje. rt Shamik Das, hlavný inžinier spoločnosti Mitre Nanosystems, ktorý sa podieľa na tejto práci. „Nový nanoprocesor predstavuje významný míľnik v smere nanopočítača, ako si predstavil fyzik Richard Feynman pred 50 rokmi.“

(Harvardská univerzita, 10.02.2011 - NPO)