Nanoobvody jako možná budoucnost výroby čipů

O tom, že současná technologie výroby čipů již brzy narazí na fyzikální limity, se mluví již dlouho. Vlastně se o tom mluví prakticky od doby, kdy začaly být čipy vyráběny. Hovoří se o nutnosti změnit materiál, nicméně doposud se daří stále zmenšovat a zmenšovat výrobní technologii. Přesto výzkum pokračuje a vědcům z IBM a z univerzit na Floridě a New Yorku se podařil velmi slibný průlom v nanotechnologiích. Můžeme se těšit v budoucnu na integrované obvody z uhlíkových nanovláken?

Stále platný Moorův zákon

Již přes 40 let se snaží výrobci čipů zrychlovat své výtvory a dosud se celkem daří naplňovat tzv. Mooreův zákon. Ten vyslovil v roce 1965 Gordon Moore, spoluzakladatel společnosti Intel, a říká se v něm, že složitost integrovaných obvodů se při zachování ceny zdvojnásobí každých 18 měsíců. Poněkud zjednodušeně se tak dá zákon interpretovat tak, že množství tranzistorů v procesoru se při zachování jeho ceny zdvojnásobí každých 18 měsíců, což si můžeme ještě zjednodušit tak, že výkon procesoru se každých 18 měsíců zdvojnásobí při stejné ceně. Podstatu zákona samotného lze překvapivě aplikovat i na některé další počítačové komponenty a má i několik verzí, nicméně to není celkem podstatné.

Fakt je ten, že se výrobci čipů snaží zmenšovat výrobní technologii s cílem dostat do malého čipu stále více a více tranzistorů, což je jedna z jejich nejzákladnějších součástí. Čím více jich procesor má a čím rychlejší jsou, tím více výpočtů pak procesor zvládá za jednotku času. Právě v posledních letech se pak stále častěji hovoří o tom, že tímto tempem to již dál nepůjde a že křemík jako materiál a současná výrobní technologie již brzy přestanou stačit. Jednou ze zajímavých řešení je právě nanotechnologie.

Uhlíková nanovlákna

Co se tedy vlastně výzkumníkům povedlo vyrobit? Něco opravdu malého. První úplný elektronický integrovaný obvod okolo jediné molekuly "uhlíkového nanovlákna". I když se jedná o velmi rané stádium výzkumu, již nyní tento nový materiál slibuje vyšší výkon než současné křemíkové polovodiče.

Zajímavé a důležité je především také to, že tento obvod byl vyroben standardním polovodičovým postupem, přičemž jako základna pro všechny komponenty byla jediná molekula, místo propojování jednotlivých součástí zvlášť. Výroba se tím značně zjednodušuje.

Hotový obvod je jen 18 mikrometrů dlouhý, skládá se z 12 tranzistorů, které jsou vyrobeny z hliníku a paladia a vše je pak "navázáno" na uhlíkové nanovlákno. Ta pak vypadají jako mikroskopické role "pletiva", přičemž jsou 50 000krát tenčí, než lidský vlas.

Klepněte pro větší obrázek

To hnusné velké je lidský vlas, to malé a skoro neviditelné pak obvod

Vyrobený obvod ovšem není zatím určen pro použití v počítačových čipech. Je to zatím jen testovací vzorek vhodný pro další zkoumání. Jedná se o jednoduchý kruhový oscilátor, což je obvod, který se obvykle používá výrobci čipů při testování nových materiálů a výrobních procesů.

I když je rychlost obvodu, který je "pověšen" na jediném nanovlákně, téměř milionkrát vyšší, než při použití několika vláken, ve srovnání s křemíkovými čipy zatím není na první pohled výkon příliš oslnivý. S obvodem se podařilo dosáhnout rychlosti 50 MHz. Ovšem to je jen začátek a vědci pevně věří, že zdokonalováním technologie nakonec značně překonají současné rychlosti.

Nejprve hybridní technologie

Vědci předpokládají, že prvním krokem pronikání této nanotechnologie do světa čipů budou jakési hybridní "čipy", které budou kombinovat nejlepší vlastnosti křemíku a uhlíkových vláken. Právě uhlík by měl zvýšit potenciální rychlosti a co se tepla týče, je daleko efektivnější než křemík. Výrobci navíc mohou pokračovat v současných výrobních technologiích, do kterých již byly za léta vývoje investovány nemalé prostředky.

Právě křemíkovou výrobu již mají výrobci za více než 40 let poměrně slušně zvládnutou a zavedené výrobní procesy budou jen neradi opouštět. Změna musí být co nejmenší a pozvolná, jedině tak lze postupně přejít na nové materiály, tvrdí profesor Joerg Appenzeller z IBM.

Výzkum je tedy zdá se na dobré cestě a nyní budou vědci pomocí kruhového oscilátoru postupně testovat nové tranzistory a obvody a měřit jejich výkon v rámci kompletních čipů.

Zdroje: BBC, IBM

Témata článku: Budoucnost, Čipy, Počítačové komponenty, Gordon

24 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Mike.M, Mike.M 31. 3. 2006 10:20:31
    Ja si pamatuju doby kdy NFS1 byla hra na urovni s paradni grafikou a...
  • hribecek 29. 3. 2006 15:20:10
    počej až začneš mít pleš...
  • gro 29. 3. 2006 11:41:35
    no jo pokud se s tim nekdo vymazli protoze to proste chce vymazlit to je...
Určitě si přečtěte

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

Operační systém běžným počítačům nedal Bill Gates, ale Gary Kildall

** Gary Kildall pochopil, že levné výpočetní čipy mohou posloužit jako univerzální počítače pro všechny ** Připravil pro ně proto první operační systém ** Později mu systém vyfoukl Microsoft a nazval ho MS DOS

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 52

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

Umělá inteligence je sice v plenkách, už teď ale přestáváme rozumět, jak vlastně funguje. To je problém

** Už je to tady, lidé přestávají chápat počítače ** Systémy neuronových sítí začínají pracovat tak, že ani jejich tvůrci přesně neví, co se uvnitř děje ** Do budoucna to může být závažný problém

24.  4.  2017 | Jakub Čížek | 112

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

Před 35 lety měl premiéru legendární počítač ZX Spectrum. Připomeňte si „Gumáka“

** Slavný osmibitový počítač Sinclair ZX Spectrum byl uveden právě před 35 lety ** Připomeňte si tento průkopnický počítač v tematických článcích ** Podívejte se, jak funguje dnes

23.  4.  2017 | Pavel Tronner | 13

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

Správný počítač má alespoň dva monitory. Anebo je to jinak?

** David si nedokáže představit práci bez dvou a více monitorů ** Kubovi naopak stačí jeden a ve více displejích se ztrácí ** Jaký přístup je lepší?

23.  4.  2017 | Jakub Čížek | 59

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

Český Google Překladač začal používat umělou inteligenci. Konec „drahoušků zákazníků“

** Google ve svém překladači roky používal statistickou technologii ** Nyní zavádí strojové učení a neuronové sítě ** Rozdíl by měl být zvláště na větších textech patrný už nyní

20.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

Brno otevřelo největší českou dílnu pro bastlíře. Kladívka, vrtačky, 3D tiskárny, laserové řezačky. Je tu vše

** Máte nápad, ale chybí vám stroje a pořádná dílna? ** Chcete postavit ptačí budku, nebo krabičku pro Arduino? ** Brno otevřelo svůj FabLab – laboratoř pro bastlíře

19.  4.  2017 | Jakub Čížek | 31


Aktuální číslo časopisu Computer

První test AMD Ryzen

Velké testy: 22 powerbank a 8 bezdrátových setů

Radíme s koupí Wi-Fi routeru

Co dokáží inteligentní domy?