Stor offert: “Hej världen! Jag är RV16X-NANO, tillverkad av CNT”, läste det första meddelandet från det första programmet som körs på en kolmonanorörprocessor (CNT). Nano är byggd av MIT-fysiker och är åttio gånger större än sin föregångare i 14 702 kol-nanorörseffekttransistorer. fält (CNFET) och kan köra 32-bitars RISC-V-instruktioner inställda på 16-bitars data, men det mest extraordinära med Nano är inte nytt om det, men vad är gammalt.
För att vara ärlig har det gått någon tid sedan Moores lag, processorns tendens att fördubbla antalet transistorer vartannat år, har varit helt korrekt. Silikons grundläggande karaktär börjar begränsa utvecklingen och kommer att avsevärt begränsa prestationsvinster i framtiden, men med 50 år och miljarder investeringar verkar det absurd att all teknik “utanför kisel” kan driva datorer i framtiden. Emellertid kan Nano göra det genom att använda sin förmåga att utformas och byggas som en vanlig kiselskiva, samtidigt som man använder kol för att producera teoretiskt tredubbla prestanda med en tredjedel av sin styrka.
Nano startar livet som alla processorer, en 150 mm skiva med ett mönster skuren med vanliga chips. Doppad i en kol nanorörslösning som är bunden ihop som mikroskopisk spaghetti, dyker den upp igen med en halvledande kol nanorör fångad i ett transistormönster och en logisk grind som har graverats på den. Genomgå sedan en process som kallas ‘RINSE’, avlägsnande av nanorör som inkuberas genom selektiv skalning, genom att beläggas med en polymer och sedan doppas i ett lösningsmedel. Detta har effekten att reducera CNT-skiktet till endast ett rör, vilket eliminerar stora CNT-klumpar som hålls ihop mer än 250 gånger mer effektivt än den tidigare metoden.
En av de utmaningar som CNT-processorer står inför är svårigheten att separera transistorer av N-typ och P-typ, som är “på” för 1 bit och “av” för 0 bitar och vice versa. Skillnaden är viktig för binär databehandling, och för att göra det perfekt införde forskarna det “blandade gränssnittet” av metaller korsade med elektrostatisk doping. Uppstår efter RINSE, en liten platina- eller titankomponent läggs till varje transistor, sedan beläggs skivan med oxid som fungerar som ett tätningsmedel, vilket ökar prestandan. Efter det är Nano nästan klar.
En del av Nanos briljans är dess förmåga att övervinna de inneboende svagheterna i CNT-tillverkningen, vilket hade varit en hinder för tidigare forskare. En liten del av CNT har en hög koncentration av ledande metallföroreningar som tvingar transistorn att alltid stängas av eller på, vilket har en kaskadeffekt som kan förlama hela processorn. Den teoretiska renheten som behövs för att förhindra detta är 99.999999%; uppenbarligen inte uppnåelig; och därmed upptäckte forskarna RE DREAM, ‘som designade motstånd mot CNT-metall.
Forskarna observerade att även om en oren CNT kan skada en logisk grind, om den används på ett visst sätt vid en annan grind, kan den vara ofarlig. De gjorde programvara för att förutsäga när en oren CNT skulle orsaka minst skada, och de designade Nano med denna formidabla arkitektur. “Till och med ‘DREAM’ är mycket avsett, eftersom det är en drömlösning,” sa Max Shulaker, medförfattare. “Detta tillåter oss att köpa kolananorör från ett rack (med en renhet på 99,99%), släppa dem på en skiva och bara bygga våra kretsar som vanligt utan att göra något annat speciellt.”
Eftersom Nano har sina skivor byggda av utrustning som vanligtvis används för vanliga kiselprocessorer, driver en RISC-V-instruktionsuppsättning med öppen källkod och är designad med den offentligt tillgängliga Bluespec-programvaran verkar det vara mycket som hindrar uppgraderingen. DARPA, som stöder denna forskning, har börjat tillämpa Nano-tillverkningstekniker i experimentanläggningar. “Vi tror att det inte längre är en fråga om, men när,” sade Shulaker och tillade att CNT-produkter kunde visas i hyllorna om fem år.
Bildkredit: Laura Ockel på Unsplash
Moderna mikroprocessorer är byggda av komplementära kol nanorörstransistorer, Naturlig (Augusti 2019)
