Nanotehnologija zavzema tehnološki svet
Računalniški čip ni le eden izmed največjih dosežkov računalniške tehnologije, temveč je tudi najpomembnejši sodobni izum v zgodovini človeštva, saj je sestavni del skoraj vsake elektronske naprave, od gospodinjskih aparatov do vse bolj nepogrešljivih mobilnikov, in ga najdemo v vseh drugih vidikih sodobnega življenja, kot je na primer avtomobilska industrija.
Praviloma so izdelani iz silicija, 29. avgusta 2019 pa so znanstveniki z MIT postavili nov mejnik v zgodovini računalništva, ko so predstavili čip, pri katerem so silicij zamenjale ogljikove nanocevke.
Računalniški čip ali integrirano vezje je izdelano iz polprevodnikov, ti so običajno sestavljeni iz silicija, na katerem je vgrajenih več drobnih komponent, med njimi tudi tranzistorji (drobna elektronska stikala), ki prenašajo elektronske podatkovne signale, v čipu pa jih je lahko tudi več milijonov. V tehnologiji se silicijevi tranzistorji uporabljajo že desetletja, inženirji pa jih krčijo, da bi povečali moč in hitrost, kar postaja težava, saj je silicij kot material zaradi fizikalnih lastnosti, gostote in velikosti pri tem omejen, znanstveniki pa so to mejo že dosegli.
Prvi poskus z ogljikovimi nanocevkami sega v 2013
Alternativo siliciju predstavljajo ogljikove nanocevke, saj so dokazano hitrejši prevodnik in tudi bolj energetsko učinkovite, vendar je pri razvijanju te tehnologije prišlo do več težav. Prvi poskus tako sega v leto 2013, na Stanfordu so izdelali čip z zgolj 178 tranzistorji, ta s slabo zmogljivostjo ni predstavljal rešitve. Oblikovanje nanocevk v tranzistorje je namreč izjemno težavno, saj so delikatne, na čipu pa se lahko združijo v grudice in tako preprečujejo delovanje.
Raziskovalci predvidevajo, da bodo ogljikovi čipi na voljo čez 5 let.
Ameriška raziskovalna skupina pod vodstvom Maxa Shulakerja na Inštitutu za tehnologijo v Massachusettsu (MIT – Massachusetts Institute of Technology) je 29. avgusta 2019 v reviji Nature predstavila revolucionarni prototip čipa RV16X-NANO, ki ima 14.000 tranzistorjev, podpira 32-bitne ukaze na 16-bitnih podatkih, teče pa s taktom 10 kHz. To je sicer v primerjavi s sodobnimi silicijevimi čipi malo, vendar so ogljikove nanocevke atomsko tanke in dobro prevodne, kar pomeni, da bi v primerjavi s silicijem lahko procesorji in čipi z njimi delovali trikrat hitreje in bi pri tej hitrosti porabili le tretjino energije, ki jo porablja silicij.
Integrirano vezje deluje, saj je zmoglo pognati tradicionalni računalniški program “Hello, World!” in izpisalo sporočilo: “Jaz sem RV16XNano, narejen iz CNT-jev” (“I am RV16XNano, made from CNTs”), vendar še ni tako dovršeno in hitro kot silicijeva vezja, ki so takšno hitrost dosegala v osemdesetih letih.
Na poti do uspeha je bilo mnogo težav
Kot že omenjeno se pri oblikovanju zaradi občutljivosti materiala pojavlja več težav, za katere pa je Shulakerjeva ekipa našla rešitve. Problem združevanja cevk v grudice so odpravili s širjenjem nanotub na čipu in naknadnimi vibracijami, ki so z njihove površine nežno stresla nezaželene svežnje.
Drugo oviro polprevodnih nanocevk predstavlja to, da vsaka serija vsebuje približno 0,01 odstotka kovinskih cevk, ki ne dopuščajo pravilnega vrtenja med prevodnimi in izolacijskimi tubami, kar zmede odčitek tranzistorja. Shulaker je s sodelavci analiziral, v koliki meri kovinske cevke vplivajo na različne konfiguracije tranzistorja, ki izvajajo več vrst operacij, kar jih je pripeljalo do ugotovitve, da na nekatere konfiguracije vplivajo bolj kot na druge, zato so zasnovali vezje mikroprocesorja na takšen način, da so se okvarjene kovinske cevke izognile konfiguracijam, ki so jih zmedle.
Poseben izziv so postavljale tudi nečistoče materiala, saj se v uporabi čipa zahteva 99,999999-odstotna čistost materiala, kar je tehnično nemogoče, vendar so raziskovalci razvili inovativno rešitev in okoli nanocevk izdelali “vrata”, ki so zaradi razporeditve odporna proti nečistočam, ta tehnologija pa zahteva le 99,99-odstotno čistost, kar je bistveno manjša vrednost.
Ostaja še ogromno prostora za izboljševanje
Ta prototip trenutno še ne more nadomestiti trenutne tehnologije vezij in mikroprocesorjev, vendar predstavlja pomemben korak naprej in se vztrajno približuje komercialnim čipom. Ne le da ima nanotehnologija potencial hitrejših, energetsko učinkovitejših in naprednejših tehnoloških rešitev, temveč je tudi ekološko primernejša, kar je v današnjem času aktualnejše kot kadarkoli prej. Če je bilo prej vprašanje, ali sploh, Shulaker zapoveduje, da zdaj ostaja samo vprašanje, kdaj.
