ภายในไมโครโปรเซสเซอร์ใหม่ ทรานซิสเตอร์ — สวิตช์อิเล็กเว็บสล็อตออนไลน์ทรอนิกส์ขนาดเล็กที่ทำการคำนวณร่วมกัน — ทำด้วยท่อนาโนคาร์บอนแทนที่จะเป็นซิลิกอน ด้วยการคิดค้นเทคนิคเพื่อเอาชนะข้อบกพร่องระดับนาโนที่มักจะบ่อนทำลายทรานซิสเตอร์นาโนทิวบ์แต่ละตัว ( SN: 7/19/17 ) นักวิจัยได้สร้างชิปคอมพิวเตอร์เครื่องแรกที่ใช้สวิตช์หลายพันตัวเพื่อรันโปรแกรม
ต้นแบบที่อธิบายไว้ใน 29 ส.ค. Natureยังไม่เร็วหรือเล็กเท่ากับอุปกรณ์ซิลิกอนเชิงพาณิชย์
แต่ในที่สุดชิปคอมพิวเตอร์คาร์บอนนาโนทิวบ์อาจก่อให้เกิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เร็วกว่าและประหยัดพลังงานกว่ารุ่นใหม่
Qing Cao นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ผู้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในงานนี้ กล่าวว่า นี่เป็น “ก้าวที่สำคัญมากในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้”
หัวใจของทรานซิสเตอร์ทุกตัวคือส่วนประกอบเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งปกติแล้วจะทำมาจากซิลิกอน ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าหรือฉนวนก็ได้ สถานะ “เปิด” และ “ปิด” ของทรานซิสเตอร์โดยที่กระแสไหลผ่านเซมิคอนดักเตอร์หรือไม่ ให้เข้ารหัส 1s และ 0s ของข้อมูลคอมพิวเตอร์ ( SN: 4/2/13 ) Max Shulaker วิศวกรไฟฟ้าของ MIT กล่าวว่าการสร้างทรานซิสเตอร์ซิลิคอนที่บางกว่าและบางกว่า “เราเคยได้รับการคำนวณเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณทุกปี” แต่ “ตอนนี้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเริ่มลดระดับลงแล้ว” เขากล่าว ทรานซิสเตอร์ซิลิคอนไม่สามารถมีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่เป็นอยู่แล้วได้
เนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนเกือบจะบางเป็นอะตอมและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ดี
จึงผลิตเซมิคอนดักเตอร์ได้ดีกว่าซิลิคอน โดยหลักการแล้ว โปรเซสเซอร์คาร์บอนนาโนทิวบ์สามารถทำงานได้เร็วขึ้นสามเท่าในขณะที่ใช้พลังงานประมาณหนึ่งในสามของพลังงานของซิลิกอนรุ่นก่อน Shulaker กล่าว แต่จนถึงขณะนี้ ท่อนาโนคาร์บอนได้พิสูจน์แล้วว่าพิถีพิถันเกินไปที่จะสร้างระบบคอมพิวเตอร์ที่ซับซ้อน
ปัญหาหนึ่งคือ เมื่อเครือข่ายของท่อนาโนคาร์บอนถูกวางลงบนเวเฟอร์ชิปของคอมพิวเตอร์ ท่อเหล่านั้นมักจะมัดรวมกันเป็นก้อนที่ป้องกันไม่ให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน “เหมือนกับการพยายามสร้างลานอิฐ โดยมีก้อนหินขนาดใหญ่อยู่ตรงกลาง” ชูเลเกอร์กล่าว ทีมงานของเขาแก้ไขปัญหานั้นด้วยการวางท่อนาโนบนชิป จากนั้นใช้การสั่นสะเทือนเพื่อค่อยๆ เขย่ามัดที่ไม่ต้องการออกจากชั้นของท่อนาโน
ชิปคอมพิวเตอร์
ชิปคอมพิวเตอร์ชนิดใหม่ (อาร์เรย์ของชิปบนเวเฟอร์ตามภาพด้านบน) ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์หลายพันตัวที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอน แทนที่จะเป็นซิลิกอน แม้ว่าต้นแบบในปัจจุบันจะไม่สามารถแข่งขันกับชิปซิลิกอนในด้านขนาดหรือความเร็วได้ แต่คอมพิวเตอร์ที่ใช้ท่อนาโนคาร์บอนสัญญาว่าจะนำยุคใหม่ของระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เร็วและประหยัดพลังงานมากขึ้น
G. HILLS ET AL / NATURE 2019
ปัญหาอีกประการหนึ่งที่ทีมต้องเผชิญคือท่อนาโนคาร์บอนเซมิคอนดักเตอร์แต่ละชุดประกอบด้วยท่อนาโนโลหะประมาณ 0.01 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากท่อนาโนที่เป็นโลหะไม่สามารถพลิกไปมาระหว่างการนำไฟฟ้าและฉนวนได้อย่างเหมาะสม หลอดเหล่านี้จึงอาจรบกวนการอ่านข้อมูลของทรานซิสเตอร์
ในการค้นหาวิธีแก้ปัญหา Shulaker และเพื่อนร่วมงานได้วิเคราะห์ว่าท่อนาโนที่เป็นโลหะนั้นส่งผลต่อการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์ที่แตกต่างกันอย่างไร ซึ่งดำเนินการประเภทต่างๆ กับบิตของข้อมูล ( SN: 10/9/15 ) นักวิจัยพบว่าท่อนาโนที่มีข้อบกพร่องส่งผลต่อการทำงานของทรานซิสเตอร์บางตัวมากกว่ารูปแบบอื่น คล้ายกับที่ตัวอักษรที่หายไปสามารถทำให้คำบางคำอ่านไม่ออก แต่ส่วนใหญ่มักอ่านไม่ออก ดังนั้น Shulaker และเพื่อนร่วมงานจึงได้ออกแบบวงจรของไมโครโปรเซสเซอร์อย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการกำหนดค่าทรานซิสเตอร์ที่สับสนมากที่สุดจากข้อบกพร่องของท่อนาโนที่เป็นโลหะ
Michael Arnold นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุจาก University of Wisconsin-Madison ที่ไม่เกี่ยวข้องกับงานนี้กล่าวว่า “สิ่งหนึ่งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่ทำให้ฉันประทับใจเกี่ยวกับบทความนี้คือความฉลาดของการออกแบบวงจรนั้น
ด้วยทรานซิสเตอร์คาร์บอนนาโนทิวบ์กว่า 14,000 ตัว ไมโครโพรเซสเซอร์ที่เป็นผลลัพธ์ได้รันโปรแกรมง่ายๆ เพื่อเขียนข้อความว่า “สวัสดีชาวโลก!” — โปรแกรมแรกที่โปรแกรมเมอร์มือใหม่หัดเขียนหลายคน
ไมโครโปรเซสเซอร์คาร์บอนนาโนทิวบ์ที่เพิ่งสร้างเสร็จใหม่ยังไม่พร้อมที่จะแกะชิปซิลิกอนซึ่งเป็นแกนหลักของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ แต่ละตัวมีขนาดประมาณหนึ่งไมโครเมตร เมื่อเทียบกับทรานซิสเตอร์ซิลิกอนในปัจจุบันที่มีความกว้างหลายสิบนาโนเมตร และทรานซิสเตอร์คาร์บอนนาโนทิวบ์แต่ละตัวในต้นแบบนี้สามารถพลิกเปิดและปิดได้ประมาณหนึ่งล้านครั้งในแต่ละวินาที ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ซิลิกอนสามารถสั่นไหวได้หลายพันล้านครั้งต่อวินาที นั่นทำให้ทรานซิสเตอร์นาโนทิวบ์เหล่านี้เทียบเท่ากับส่วนประกอบซิลิกอนที่ผลิตในทศวรรษ 1980
การหดตัวของทรานซิสเตอร์นาโนทิวบ์จะช่วยให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้โดยมีความต้านทานน้อยลง ทำให้อุปกรณ์สามารถเปิดและปิดได้เร็วขึ้น Arnold กล่าว และการจัดวางท่อนาโนขนานกัน แทนที่จะใช้ตาข่ายแบบสุ่ม ก็สามารถเพิ่มกระแสไฟฟ้าผ่านทรานซิสเตอร์เพื่อเพิ่มความเร็วในการประมวลผลได้สล็อตออนไลน์
