Napravili 16-bitni procesor iz ogljikovih nanocevk

Inženirji z MITja so postavili nov mejnik v snovanju čipov iz ogljikovih nanocevk: zgradili so 16-bitni programabilni mikroprocesor s 14.000 tranzistorji, ki zna izpisati "Hello World!"

Moorov zakon je že v fazi leta na smetišče zgodovine, saj prihajamo do skrajnih meja polprevodniških vezij na osnovi silicija. Med bolj obetajočimi nasledniki je tehnologija ogljikovih nanocevk, ki pa se v tem trenutku še vedno sooča z vrsto zahtevnih preprek. Za novo stopnico v njenem razvoju so zopet poskrbeli v ekipi Maxa Shulakerja z MITja - prav tistega, ki je pred dobrim mesecem dni pokazal rezino s prvimi monolitnimi 3D čipi. Tokrat so zgradili polno programabilen mikroprocesor s tranzistorji iz ogljikovih nanocevk, ki je izpisal prislovičen "Hello World!"

RV16X-NANO je čip z nekaj čez 14.000 tranzistorji, ki uporablja odprtokodni inštrukcijski set RISC-V, in sicer z 32-bitnimi inštrukcijami, ki delujejo na 16-bitnih podatkih. Teče pri desetih kilohercih, pravijo pa, da so ga za kratek čas prignali tudi že do megaherca. Elementi so velikosti poldrugega mikrometra, kar ga v tem oziru postavi ob bok Intelovega 80386 iz leta 1985; čeprav je slednji tiktakal z dvanajstimi megaherci in več. Ni slabo ob dejstvu, da smo prvi mikroprocesor iz nanocevk videli šele pred šestimi leti, ko so na Stanfordu napravili 1-bitni čip z 187 tranzistorji. (Shulaker je bil tudi v tisti skupini.)

Morda bolj kot samo vezje so zanimivi triki, ki se jih je ekipa poslužila pri njegovem nastajanju in s katerimi so rešili ali kratkomalo obšli vrsto problemov, s katerimi se trenutno ubadajo snovalci takšnih čipov. Iznašli so način, kako ogljikove nanocevke uporabiti za tranzistorje vrste NMOS, ki prevajajo elektrone, in PMOS, ki prevajajo vrzeli. V siliciju to počnemo z dopiranjem nečistoč, kar pri nanocevkah ni izvedljivo. Namesto tega so nanje nanesli dielektrik hafnijev dioksid in jim z njegovo pomočjo jemali ali dodajali elektrone.

Drug eleganten trik je obšel problem, da določen del nanocevk vselej nastane v prevodni in ne polprevodni obliki. Za dobro delujoč klasičen čip bi potrebovali 99,999999-odstotno čistost, ki je z današnjimi metodami še nedosegljiva. Zato so se izziva lotili iz druge smeri in okoli že nanešenih nanocevk z nanašanjem kovin oblikovali logična vrata tako, da so zaradi specifične razporeditve elementov statistično odporna na omenjene nečistoče.

Za konkurenčnost obstoječim tehnologijam bo potrebno močno zmanjšati razsežnosti elementov in tako zvišati frekvence, inženirji pa v tem pogledu optimistično zrejo v prihodnost, saj imajo za vse izzive menda že obetajoče smeri raziskovanja. Toda hkrati je veliko vprašanje, koliko bodo omenjeni prijemi, ki so pripeljali do čipa RV16X-NANO, v resnici uporabni tudi pri zmanjševanju tranzistorjev do ravni nanometrov, kjer bomo verjetno potrebovali povsem nove, mnogo natančnejše načine manipulacije z nanocevkami. Ali, kakor pravijo komentatorji pri Nature: "Preteklo bo še nekaj časa, preden bo ta inženirska ekipa potrebovala prodajni oddelek."