Железо

Представлен полностью рабочий процессор на транзисторах из углеродных нанотрубок

Статья о работе опубликована в свежем номере издания Nature. Первый полностью рабочий процессор на транзисторах из углеродных нанотрубок произнёс свои первые слова, которыми стали «Hello, World!». Судя по всему, речь идёт о разработке, первое сообщение о которой прозвучало месяц назад на одном из плановых мероприятий под эгидой агентства DARPA.

Процессор на транзисторах их углеродных нанотрубок (MIT)

Процессор на транзисторах их углеродных нанотрубок (MIT)

На конференции DARPA в середине июня глава SkyWater и сотрудник MIT Макс Шулакер (Max Shulaker) показал первую выпущенную на производстве кремниевую пластину с процессорами на углеродных нанотрубках. Напомним, стартап SkyWater совместно с компанией Analog Devices разрабатывают технологию изготовления многослойных микросхем на основе транзисторов из углеродных нанотрубок. Статья в Nature, судя по всему, проливает свет на эту разработку.

Макс Шулакер с кремниевой пластиной с процессорами на CNT (DARPA)

Макс Шулакер с кремниевой пластиной с процессорами на CNT (DARPA)

Это было ведь так просто! Использование новых материалов для выпуска чипов необходимо по той простой причине, что полупроводники исчерпали себя с точки зрения дальнейшего снижения норм технологического процесса. Увы, после снижения разрешения до единиц нанометров дальнейший прогресс стал невозможен. Уменьшай размер элемента на кристалле, а всё остальное ― производительность и потребление ― приложится. По крайней мере, за разумные деньги.

MIT

Проблема в том, что углеродные нанотрубки сегодня ― это хаос в ориентации, объёме и в чистоте материала. Углеродные нанотрубки с их чудесными электрическими свойствами и малыми размерами (до 2 нм в диаметре) обещают высокие токи и малые задержки в существенно меньшем объёме пространства затвора транзистора. Разработка SkyWater ― это попытка борьбы с хаосом, которая похожа на положительный результат. Учёные пока не научились выращивать отдельные нанотрубки в нужном месте (между затворами транзистора) с нужной ориентацией (от одного затвора к другому) и в необходимом количестве (в идеале ― одной трубки на транзистор).

На кристалле обычными методами проецирования и травления создаются металлические контакты в виде затворов и проводников для сигналов и питания. Разработчики создали техпроцесс, который можно реализовать на современном КМОП-производстве чипов. Этот материал связывает нанотрубки и затем с помощью обработки ультразвуком выламывается вместе с ними в тех местах, где они не нужны. Затем на кристалл осаждается массив углеродных нанотрубок, на который затем наносится специальный материал, играющий роль фоторезиста.

То, что остаётся, работает в качестве каналов n- или p-типа. Там где трубки нужны ― между затворами в качестве каналов транзисторов ― дополнительно происходит обработка фоторезиста с вымыванием значительной части лишних нанотрубок. Это аналогично легированию полупроводников, поскольку в сами нанотрубки невозможно внести дополнительные примеси. Проводимость (тип канала) определяется нанесением поверх нанотрубок дополнительного оксидного слоя.

Для полупроводников чистота важна, но это требование не столь сильно, как в случае нанотрубок. Остаётся проблема с чистотой материала. Если в затворе транзистора будет даже одна металлическая нанотрубка из сотен тысяч, то она значительно изменит характеристики транзистора. Среди углеродных нанотрубок могут попадаться металлические. Разработчики научились использовать такие «дефектные» транзисторы при проектировании чипа и они нормально работают в логике схемы. Победить это невозможно, но можно возглавить.

На основе транзисторов на углеродных нанотрубках группа Макса Шулакера с использованием открытого набора команд RISC-V создала 32-битный процессор с 16-битной адресацией памяти. Итак, что же в результате получилось? I am RV16XNano, made from CNTs.». Процессор содержит свыше 14 000 транзисторов, каждый из которых полностью рабочий, что подтверждается отработкой программы с выводом фразы «Hello, world! Процессор отрабатывает обычные 32-битные инструкции RISC-V без каких-либо модификаций. Транзисторы сгруппированы в инверторы, а из инверторов построена остальная необходимая логика. Конечно, 14K транзисторов ― это не то, что хотелось бы увидеть, но с чего-то ведь надо начинать?

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть