Скачок нанометров к триллионам транзисторов

Исследователь IBM Цин Цао разработал способ соединения углеродных нанотрубок

Ученым и инженерам не нужно носить вагонку на Таймс-сквер, провозглашая «конец закона Мура близок». Все они знают, что компьютерные чипы на основе кремния скоро перестанут улучшаться в скорости и уменьшаться в размерах. Один из этих ученых, Цин Цао из IBM, возможно, нашел ответ на основе альтернативного кремния в углеродных нанотрубках - свернутых листах углерода, которые могут лучше проводить электрические сигналы в гораздо меньшем масштабе, чем кремний.

Цао, признанный первопроходцем в возрасте до 35 лет по версии журнала MIT Technology Review В этом году придумал способ совместить CNT вместе, а затем соединить их с крошечными металлическими соединительными проводами. Это означает, что их можно масштабировать до размеров сегодняшних кремниевых чипов и в конечном итоге заменить их в завтрашних компьютерах. Цао объяснил, как ему удалось выровнять нанотрубки в массивы, а затем приварить атомы металла к концу четырехатомной нанотрубки на TR на этой неделе. EmTech в Кембридже, Массачусетс. Я догнал Цао, чтобы взглянуть на его выступление. *

* Обновление, 21.10.16:посмотрите презентацию EmTech Цин Цао на MIT Technology Review.

Цин Цао , IBM Research (фото предоставлено MIT Technology Review)

Каков предел кремния и как CNT выходят за его пределы?

Цин Цао: Кремниевые чипы уже содержат миллиарды транзисторов на 22 нм. Именно такие микросхемы используются сегодня в серверах. И мы показали, что 7 нм возможно. Но возможности кремния заканчиваются на отметке около 5 или 6 нм, когда он попадает в пределы квантовой механики. Однако углеродные нанотрубки с их внутренне маленьким размером - около 1 нм или шириной всего четыре атома - позволяют нам добраться до узла 5 нм или больше. В этом масштабе транзисторы на УНТ могут работать в два раза быстрее, чем кремниевые, при потреблении менее половины энергии.

Почему мы до сих пор не смогли создать чипы CNT?

Цин Цао , IBM Research (фото предоставлено MIT Technology Review)

КК: Когда мы переходим на устройства меньшего размера, разъемы должны одновременно сжиматься. Но уменьшение размера металлического разъема до менее 10 нм резко увеличивает сопротивление и тем самым снижает производительность устройства. Мы - моя команда в Исследовательском центре Томаса Дж. Уотсона и я - разработали способ соединения конца УНТ с молибденовой проволокой с помощью прочных химических связей и проверили в этом случае, что уменьшение размера соединителя не повредит. производительность устройства, даже если размер металлических разъемов уменьшится до 40 атомов в ширину или даже меньше.

После решения проблемы с разъемом нам все еще нужна пластина CNT для создания микросхем CNT. Моя команда разработала способ самосборки нанотрубок в выровненные бок о бок массивы на пластинах. Возможность собирать массивы УНТ на пластине и затем соединять их с помощью крошечных металлических проводов с минимальными резистивными потерями будет означать меньшие размеры микросхем при более высоких скоростях, чем кремний, и продолжение закона Мура.

Как вы думаете, когда эти микросхемы попадут в наши компьютеры и устройства?

КК: Я думаю, что такие устройства на основе нанотрубок появятся в продуктах в ближайшие 10-15 лет и будут способствовать соблюдению закона Мура, по крайней мере, в течение следующих 20 лет. В конце концов, мы хотим разместить в процессоре 1 триллион транзисторов (это больше, чем количество звезд в Млечном Пути!)