La computadora de nanotubos más avanzada del mundo puede mantener viva la Ley de Moore

Fotografía de cerca de nanotubos frankel feliz

Un equipo de académicos del MIT ha presentado el chip más avanzado del mundo hasta el momento que está hecho de nanotubos de carbono, cilindros con paredes del ancho de un solo átomo de carbono. El nuevo microprocesador, que es capaz de ejecutar un programa de software convencional, podría ser un hito importante en el camino hacia la búsqueda de alternativas al silicio.

La industria electrónica está luchando con una desaceleración en la Ley de Moore, que sostiene que la cantidad de transistores que se pueden empaquetar en un procesador de silicio se duplica aproximadamente cada dos años. Esta tendencia se enfrenta a sus límites físicos: a medida que el tamaño de los dispositivos se reduce a unos pocos átomos, la corriente eléctrica comienza a escaparse de los canales metálicos que la transportan a través de los transistores. El calor que se libera socava la eficiencia energética de los semiconductores e incluso puede causar que fallen.

Los nanotubos de carbono podrían ser la solución perfecta. Los transistores de nanotubos no solo son más rápidos que los de silicio, sino que los estudios han encontrado que los chips hechos de nanotubos podrían ser hasta diez veces más eficientes energéticamente. Este aumento de la eficiencia podría prolongar significativamente la duración de la batería de los dispositivos electrónicos.

Los investigadores han estado trabajando en chips alternativos que involucran las moléculas durante décadas, pero los dolores de cabeza en la fabricación han mantenido a los procesadores atascados en los laboratorios de investigación. En un papel Publicado en Nature, el equipo del MIT dice que ha encontrado formas de superar algunos de los mayores obstáculos para producirlos a escala.

Mezclado

Un problema es que cuando se fabrican los nanotubos de carbono, vienen en dos tipos mezclados: los primeros son semiconductores que son perfectos para crear circuitos integrados, pero los segundos conducen la corriente eléctrica como un cable, lo que absorbe más energía e incluso puede socavar el funcionamiento de un circuito. rendimiento. Para que los chips sean económicamente viables, se necesita una forma rentable de minimizar el impacto del último grupo.

Otro problema es que, para hacer los chips, es necesario depositar una monocapa uniforme de nanotubos de carbono sobre una oblea. Pero esto ha resultado difícil de hacer porque los nanotubos tienen una molesta tendencia a agruparse. Un haz de ellos que aterriza en un transistor puede dejarlo fuera de servicio.

Estos y otros desafíos intrigaron a Max Shulaker, un profesor del MIT que ha trabajado en otros proyectos notables en el campo y ha recibido financiación de la Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa de EE. UU. para desarrollar tecnología de nanotubos .

El grupo de investigadores que dirige ha desarrollado un microprocesador funcional de 16 bits construido a partir de más de 14.000 transistores de nanotubos de carbono que, según Shulaker, es el más complejo jamás demostrado. Las técnicas que han ideado se pueden implementar con equipos utilizados para fabricar chips de silicio convencionales, lo que significa que los fabricantes de chips no tendrán que invertir en equipos nuevos y costosos si quieren fabricar procesadores de nanotubos.

Cuando analizaron el problema de la mezcla, los investigadores descubrieron que algunos tipos de compuertas lógicas, que son bloques de construcción fundamentales de los circuitos digitales, eran más resistentes a los problemas provocados por los nanotubos metálicos que otros. Eso los llevó a desarrollar un nuevo diseño de circuito que prioriza estas puertas, mientras minimiza el uso de puertas metálicas más sensibles.

Para lidiar con el problema de la agrupación, recubrieron una oblea con un polímero y luego la lavaron cuidadosamente por etapas. Esto eliminó los grumos de nanotubos, dejando atrás la monocapa necesaria para que el chip funcione de manera más eficiente.

el camino a seguir

El chip que los investigadores del MIT produjeron utilizando estas técnicas es capaz de ejecutar un programa simple que produce el mensaje Hello, World. Pero si van a desplazar a los procesadores de silicio, los de nanotubos de carbono necesitarán en última instancia miles de millones de transistores para poder ejecutar software avanzado.

IBM, que hace unos años dijo que esperaba que los chips de nanotubos de carbono reemplazaran a los de silicio para 2020, también está trabajando en proyectos relacionados con la tecnología. Pero los esfuerzos hasta ahora no han logrado encontrar una forma de traducir los avances de laboratorio en fabricación práctica. Los nuevos avances dejan más claro el camino para hacerlo. Ya no se requiere un acto de fe, dice Shulaker.

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