Новые подробности о первом компьютере, созданном на основе углеродных нанотрубок

В каждом втором письме в дорогую редакцию вы ехидно спрашиваете: уж сколько лет вы трубите миру про нанотрубки, а где же результат? Так вот он — первый компьютер на их основе. Уже создан. Причём с ОС. Простенький, но полноценный! (кратко об этом мы уже писали).

Да, в нём пока только 178 транзисторов, но, как замечает руководивший его созданием Субхасиш Митра (Subhasish Mitra) из Стэнфордского университета (США), это

«простой, но не тривиальный компьютер».

И действительно:

первый транзистор на углеродных нанотрубках (УНТ) появился в Европе аж в 1998 году. Что же целых пятнадцать лет не давало сделать из группы подобных транзисторов полноценный компьютер?

g1_2.jpg Рис. 1. Макс Шулакер (Max Shulaker) — первый автор работы (ведущий автор — С. Митра), освещающей создание первого в мире УНТ-компьютера. Детище — рядом. (Фото Norbert von der Groeben).

Немного истории: первый кремниевый транзистор того типа, который можно было использовать для создания ЭВМ, появился в 1954 году. А первый микропроцессор на его основе, использующий транзистор так, как это делают сегодняшние компьютеры, народился… в 1970-м (военный F14 CADC). То есть тогда на процесс ушло «всего» 16 лет, причём уже через год после создания первого процессора начались продажи его гражданского конкурента. Так сказать, трудности разработки…

Другое дело, что на сей раз проблемы укротителей нанотрубок были совсем иными, чем в 50–60-х. Хотя транзисторы на УНТ могут работать быстрее и менее энергозатратно, чем кремниевые, из-за сверхмалых размеров (диаметр около 1 нм, миллиардной метра) каждая отдельная УНТ при выращивании в схеме может соскользнуть со своего места и тем самым создать соединение между теми частями микросхемы, которые никто не собирался соединять. Обычный транзистор после этого корректно работать уже не будет.

А вот другая милая особенность этой элементной базы: при производстве часть нанотрубок получается полупроводящими, пригодными для транзистора, а часть, напротив, имеет металлические свойства, то есть их нельзя переключить между проводящим и изолирующим состоянием. Последние, разумеется, тоже не улучшают работу устройства.

Чтобы обеспечить должное положение нанотрубок, их выращивали на кварцевой подложке, и это позволило выстроить 99,5% УНТ вдоль кристаллической структуры кварца, то есть в желаемых направлениях. Затем остаток вытравливался, полностью удаляя трубки с неправильной ориентацией.

Для борьбы с «металлической фракцией» среди УНТ через готовую схему, сначала выключив полупроводниковые трубки, пропускали значительный ток, выжигающий все металлические трубки и оставляющий неповреждёнными те, что имели свойства полупроводника. То, что звучит так просто, позволило решить очень сложные проблемы, не дававшиеся учёным по всему миру целых пятнадцать лет и даже породившие у части исследовательского сообщества вполне пораженческие настроения.

g2_0.jpg Рис. 2. Снимок сканирующего электронного микроскопа (с сильной обработкой), показывающий фрагмент первого компьютера на нанотрубках. Это изображение вынесено на обложку свежего номера Nature. (Иллюстрация Butch Colyear & Max Shulaker).

«Все говорят, что из нанотрубок ничего нельзя построить (в силу их необычных особенностей. — Прим. А. Б.), — победительно комментирует ситуацию Субхасиш Митра. — Но мы решили этот вопрос».

После сборки первой УНТ-ЭВМ разработчики протестировали её, создав сверхпростую операционную систему, на которой запускались две задачи — программа для вычислений и алгоритм сортировки.

Компьютер способен переключаться между ними, что позволяет говорить об очень примитивной многозадачности. Машина ещё и весьма «тихоходна» — всего 1 кГц, то есть примерно в миллион раз медленнее компьютеров десятилетней давности, хотя в принципе в состоянии решать те же задачи, что и сегодняшние аналоги.

Её данные, кстати, во многом обманывают глаза. Экспериментальное устройство присоединено к измерительному оборудованию, использование которого замедляет новинку.

«Если вы уберёте измерительную часть, то получите весьма значительную прибавку к скорости», — поясняет г-н Митра.

g3_0.jpg Рис. 3. Схема технологической цепочки производства схем такого типа. (Иллюстрация Max Shulaker et al.).

И действительно, прежде отдельные транзисторы на углеродных нанотрубках уже демонстрировали свои таланты на десятках ГГц (на порядок быстрее нынешних), а в теории они способны работать и на частотах до ТГц. Их огромное преимущество заключается в высокой подвижности электронов (выше в десятки раз), да и предел миниатюризации для них куда дальше.

А пока УНТ-компьютерам предстоит длинная дорога самосовершенствования — и одновременного снижения стоимости, поскольку сегодня нанотрубки обходятся в копеечку. В первое время их основные перспективы — это не обычные ПК (и уж тем более не конфетки-бараночки смартфоны-планшеты), а серверная часть рынка, менее чувствительная к цене и особенно нуждающаяся в быстродействии и экономичности. То есть сначала все соответствующие бонусы получат Google и прочие Amazon’ы.

Но не стоит терять духа, товарищ читатель: методы массового и сравнительно дешёвого производства нанотрубок активно разрабатываются, и их производство вскоре непременно совершит поистине революционный переворот..

Отчёт об исследовании опубликован вчера в журнале Nature.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (32 votes)
Источник(и):

1. Стэнфордский университет

2. compulenta.ru