Mikroprocesor z uhlíkových nanotrubiček v detailu. Kredit: Felice Frankel.

Už to bylo dlouho na spadnutí. Po letech testovaní rozmanitých designů a zvládání technických obtíží nakonec vědci a inženýři MIT vyvinuli pokročilý mikroprocesor s tranzistory, které jsou tvořené uhlíkovými nanotrubičkami. Takové mikroprocesory jsou dnes považovány za rychlejší a zelenější alternativu k jejich současným křemíkovým protějškům. Jejich výzkum publikovali v posledním čísle časopisu Nature.

Max M. Shulaker. Kredit: MIT.

Velkou výhodou je, že takový mikroprocesor je možné vyrábět s využitím tradičních postupů výroby křemíkových mikroprocesorů. Jde o skutečný průlom a zásadní posun k prakticky použitelným mikroprocesorů z uhlíkových nanotrubiček.

Počítačový průmysl se celá desetiletí spoléhal na křemíkové tranzistory. To jsou přitom klíčové prvky, které se přepínají mezi nulou a jedničkou a představují základní jednotku informace v architektuře počítače. Jak v roce 1965 předpověděl spoluzakladatel společnosti Intel Gordon Moore, počet tranzistorů, které mohou být stávající technologií umístěny na integrovaný obvod za stejnou cenu, se vždy jednou za necelé dva roky zdvojnásobí.

Jenomže Mooreův zákon není možné natahovat donekonečna. Odborníci se shodují, že se současnými technologiemi se křemíkové tranzistory již velmi přiblížily hranici, pod kterou se nemohou zmenšovat. Je tedy doba pro nové nápady, technologie a materiály. Jedním z takových pozoruhodných materiálů jsou i uhlíkové nanotrubičky.

Průlomový mikroprocesor. Kredit: MIT.

Tranzistory z uhlíkových nanotrubiček by se teď mohly stát klíčovým stavebním prvkem pro příští generaci počítačů. Podle vědců mají takové tranzistory oproti klasickým křemíkovým asi desetkrát vyšší účinnost a jsou mnohem rychlejší. Až doposud byl ale problém v tom, že tranzistory vyrobené z uhlíkových nanotrubiček obsahovaly spoustu strukturálních defektů, kvůli čemuž nebyla tato nová technologie prakticky použitelná.

Max M. Shulaker z Massachusetts Institute of Technology (MIT) a jeho kolegové vyvinuli nové postupy výroby tranzistorů z uhlíkových nanotrubiček (CNFET, carbon nanotube field-effect transistors), které přitom využívají zavedené procesy z výroby křemíkových čipů. Díky těmto vylepšením se jim povedlo dramaticky snížit počet defektů v tranzistorech z uhlíkových nanotrubiček. Výsledkem jejich snažení je 16-bitový mikroprocesor, tvořený více než 14 tisíci tranzistorů z uhlíkových nanotrubiček, který zvládá stejné věci, jako komerční mikroprocesory.

Podle Shulakera je jejich mikročip daleko nejpokročilejším mikročipem založeným na nových nanotechnologiích. Zároveň je velmi slibný kvůli slušnému výkonu a efektivní spotřebě energie. Je přesvědčen, že s takovými mikročipy bude možné prorazit stávající omezení, která brzdí Mooreovo pravidlo a pokračovat ve skvělé jízdě vývoje počítačů. 

Video:  Intelligent Hardware Technologies Workshop: Max Shulaker

Video: DARPA New Voices - Max Shulaker


Literatura
MIT 28. 8. 2019, Nature 572: 595–602.