工程师构建碳纳米管电脑

该晶片包含使用碳纳米管的微小计算机，这是一种可以导致更小，更节能的处理器的材料。诺伯特·冯·德·格罗本

新出版的研究详细介绍了斯坦福工程师如何使用碳纳米管建造基本计算机。

斯坦福工程师团队使用碳纳米管构建了一台基本计算机，该计算机是一种半导体材料，具有推动新一代的电子设备，这些电子设备在使用较少的能量时，而不是由硅芯片制成的电子设备。

这个前所未有的壮举是世界各地科学家努力的努力，以利用这种有希望但古怪的材料。

今日在一篇关于由Max Shulaker和其他电气工程博士生撰写的杂志的封面上的文章中的一篇文章。该研究由斯坦福教授次样本Mitra和H.S.领导菲利普黄。

“人们一直在谈论一个新的碳纳米管电子产品超越硅，”电气工程师和计算机科学家Mitra说。“但是使用这种令人兴奋的技术的完整数字系统的示范甚少。这是证据。“

专家表示，斯坦福成就将追溯到芯片找到继承者的努力，这可能很快就会遇到可能阻止他们提供更小，更快，更便宜的电子设备的物理限制。

“加利福尼亚州 - 伯克利大学电子电路和系统的世界专家Jan Rabaey教授Jan Rabaey教授说，”碳纳米管[CNTS]已被视为潜在的继任者。

但到目前为止，目前已明确表示CNT可以满足这些期望。

“毫无疑问，这将引起半导体社区的研究人员的注意，诱使他们在未来十年内探索这项技术如何导致更小，更节能的处理器，”拉巴伊说。

国家科学基金会纳米技术高级顾问Mihail Roco称，斯坦福大学工作“一个重要的科学突破”。

它大约是15年前，碳纳米管首先塑造成晶体管，在数字电子系统的心脏处开关开关。

但是，这些碳纳米管中的缺陷阵列的舒适阵列长期以来，使用CNT构建复杂的电路。

瑞士ÉcoleGoytechniqueFédérale·奥德德·勒尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔尔德·勒瓦尔德·勒瓦尔省的主任Giovanni de Micheli教授突出了斯坦福球队在全世界努力的两个主要贡献。

“首先，他们建立了制造基于CNT的电路的过程，”De Micheli说。“第二，它们建立了一个简单但有效的电路，表明计算是使用CNT的。”

正如米特拉说：“这不仅仅是关于CNT电脑。这是关于一个方向的变化，表明您可以使用超越硅及其表兄弟的纳米技术构建真实的东西。“

为什么担心硅的继任者？

这些担忧来自设计人员在半导体和基础工作主管单元上的需求中，称为晶体管的那些开关。

几十年来，电子设备的进步意味着缩小每个晶体管的尺寸以在芯片上包装更多晶体管。但随着晶体管变得更大，它们浪费了更多的功率并产生更多的热量 - 所有的热量都在较小且较小的空间中，这是由笔记本电脑底部发出的温暖所证明的。

许多研究人员认为，这种权力浪费现象可以拼写摩尔定律的终结，以英特尔公司联合创始人戈登摩尔命名，他于1965年预测，晶体管的密度大约每两年增加一次，导致更小，更快，更快，事实证明，更便宜的电子产品。

但较小，更快，更便宜也意味着更小，更快，更热。

“基于硅的系统的能量耗散是一个重大问题，”麻省理工学院电气工程与计算机科学主管Anantha Chandrakasan表示，芯片研究中的世界领导者。他叫做斯坦福的工作“一个主要的基准”，以便在实际使用中移动CNT。

CNT是碳原子的长链，其在导电和控制电力方面非常有效。根据本文的共同作者，据该论文共同作者，千元可以在人类发毛中并排伴在人类发毛中肩并肩相适合。

“将其想象成踩在花园软管上，”王说。“软管较薄，关闭流动就越容易。”

理论上，这种有效的电导率和低功耗切换的这种组合使碳纳米管优异的候选物用作电子晶体管。

“CNT可以在您可以将我们的硅可能带走我们的情况下至少在表现中服用至少一个数量级，”王说。

但是固有的瑕疵在使这一有希望的材料实际使用的过程中已经站立。

首先，随着芯片制造商想要的，CNT不一定会在整齐的平行线中生长。

随着时间的推移，研究人员设计了诀窍，以便直线增长99.5％的CNT。但随着芯片上数十亿个纳米管，即使是一个微小的未对准管也可能导致错误，从而仍然存在问题。

第二种无缺陷也被延迟了CNT技术。

取决于CNT的成长方式，这些碳纳米管的一部分最终表现出类似于始终导电的金属线，而不是作为可以关闭的半导体作用。

批量生产是最终目标，研究人员必须找到处理未对准和/或金属CNT的方法，而无需像干草堆一样捕猎他们。

“我们需要一种设计电路的方法，而无需寻找瑕疵甚至知道它们在哪里，”Mitra说。

斯坦福纸描述了作者称之为“不完美免疫设计”的双管齐下的方法。

为了消除电线状或金属纳米管，斯坦福团队关闭了所有好的CNT。然后他们泵送了充满电的半导体电路。所有的电都集中在金属纳米管中，这又燃烧了它们烧毁，从字面上蒸发成微小的二氧化碳。这种复杂的技术消除了电路中的金属CNT。

绕过未对准的纳米管，所以甚至需要更大的微妙。

斯坦福研究人员创建了一种强大的算法，可以映射出一种电路布局，无论CNT是否可能歪斜，都可以保证工作。

“这种”不完美 - 免疫设计“[技术]使这一发现真正示范，”国家科学基金会的节目总监Sankar Basu说。

斯坦福团队使用这种不完美的免疫设计来组装一个带有178个晶体管的基本计算机，这一事实限制了他们使用大学的芯片制作设施而不是工业制造过程。

他们的CNT计算机执行了诸如计数和编号排序的任务。它运行一个基本操作系统，允许它在这些过程之间交换。在其潜力的演示中，研究人员还表明，CNT计算机可以运行MIPS，这是一个在20世纪80年代初开发的商业指令集，然后斯坦福工程教授和现在大学校长约翰轩尼诗。

虽然它可能需要数年时间才能成熟，但斯坦福斯坦福的方法朝着伊利诺伊大学教授的Naresh Shanbhag的工业规模生产的可能性，是伊利诺伊州Urbana-Champaign和Sonic，下一个财团联盟 - 生成芯片设计研究。

“黄/米特纸展示了CNTS在设计复杂计算系统方面的承诺，”Shanbhag表示，这一点加以这一目标，这将激励其他地方的研究人员在芯片超越芯片设计中的更大努力。

“这些是从化学实验室到一个真实环境中的碳纳米管进行碳纳米管的初步步骤，”IBM托马斯J.Vatson研究中心的物理科学主任Supratik Guha表示，CNT研究中的世界领导者。

斯坦福斯坦福斯坦福国国家科学基金会，Sonic，Stanford毕业生奖学金和赫兹基金会奖学金得到支持。

出版物：Max M. Shulaker等，“碳纳米管计算机”，Nature 501,526-530（2013年9月26日）; DOI：10.1038 / Nature12502

图像：诺伯特·冯·德·格罗本