پیشرفته‌ترین تراشه جهان با نانولولههای کربنی ساخته شد؛ سرعت بیشتر و مصرف انرژی تا ده برابر کمتر نسبت به تراشه‌های سیلیکونی
محققان MIT روشی یافتند تا پردازنده‌های پیشرفته‌ای از جنس نانو لوله‌های کربنی بسازند. این تراشه نسبت به سیلیکونی‌ها هم سریع‌تر است و هم مصرف انرژی کمتری دارد.
در حال حاضر، این تراشه پیشرفته‌ترین کامپیوتر جهان است. محققان ام‌آی‌تی در ساخت این تراشه به جای استفاده از ماه سیلیکون رایج این روزها، از ماده کربن نانو لوله‌ای استفاده کردند. این ماده از صفحات کربنی به ضخامت یک اتم ولی به شکل استوانه‌های توخالی تشکیل شده است.
این ریزپردازنده جدید که توانایی اجرای یک نرم‌افزار معمولی را دارد؛ می‌تواذند نقطه عطفی در مسیر ساخت تراشه‌های جدید جایگزین سیلیکونی‌ها باشد. از جمله اینکه قانون مور دوباره زنده شده و همچنان پابرجا باشد.
صنعت ساخت تراشه در سال‌های اخیر نتوانسته قانون مور را به اجرا دربیاورد و با کندی پیش رفته است. مور می‌گوید تعداد ترانزیستورهای به کار گرفته شده در یک تراشه سیلیکونی با حجم ثابت باید هر دو سال یک بار دو برابر می‌شوند.
در عمل، سال‌های اخیر پیاده‌سازی این قانون برای تراشه‌سازها ممکن نبوده است. چون باعث بزرگ‌تر شدن تراشه‌ها به چند اتم و نشت جریان‌های الکتریکی می‌شود. افزون بر این، گرمای تولید شده توسط ترانزیستورها باعث کاهش راندمان نیمه‌هادی‌ها شده؛ انرژی بیشتری مصرف کرده، خنک‌سازی آنها دردسرساز است و حتی باعث خرابی می‌شود.
اما نانولولههای کربنی راه‌حل مناسبی برای جایگزینی سیلیکون‌ها هستند. ترانزیستورهای نانولوله‌ای کربنی سریع‌تر بوده و مطالعات جدید نشان می‌دهد تا ۱۰ برابر مصرف انرژی کمتری دارند. این قابلیت می‌تواند باعث افزایش بهره‌وری دستگاه‌های الکترونیکی شود و عمر باتری آنها را بیشتر کند.
قانون مور زنده می‌ماند
سال‌ها است که صنعت نیمه‌هادی‌ها در حال کار روی تراشه‌های کربنی نانولوله‌ای است ولی چند مشکل جدی داشتند که مانع از توسعه آنها می‌شد. مشکل نخست، ساخت یک لایه یکنواخت از نانولولههای کربنی روی یک ویفر است که کار بسیار سختی است. چون نانولوله‌ها تمایل دارند به سوی یکدیگر حرکت کنند و چینش ترانزیستورها را به هم بریزند.
مشکل دوم، مدیریت و کنترل انرژی مصرف شده توسط جریان‌های الکتریکی حاصل از نیمه‌هادی‌های نانولوله‌ای کربنی است.
اکنون، تیمی از محققات آکادمی MIT به سرپرستی، ماکس شولاکر، موفق شدند یک ریزپردازنده ۱۶ بیتی متشکل از بیش از ۱۴ هزار نانولوله کربنی بسازند که پیچیده‌ترین تراشه جهان تا کنون است ولی با همان تجهیزات و تکنیک‌های تراشه‌های سیلیکونی معمولی ساخته شده است. به این معنی که تولیدکنندگان این تراشه نیاز ندارند تجهیزات جدید و گران‌قیمتی تهیه کنند.
آنها مدارهای جدیدی برای ساخت زیرپردازنده طراحی کرده که از گیت‌های کمتر مشکل‌دار استفاده می‌کنند. این گیت‌ها و مدارها مشکل درهم‌ریختگی نانولوله‌ها را رفع کرده و مانع از بروز مشکل می‌شوند. برای مشکل ساخت ویفر با لایه‌های یکنواخت نانولوله‌ای هم ابتدا ویفر را در پلیمر پوشانده و سپس در مراحل مختلف با دقت بسیار بالایی شست‌وشو دادند تا توده‌های نانولوله‌ای از بین بروند و لایه‌هایی صاف و یک دست برای افزایش کارآمدی تراشه شکل بگیرد.
تراشه نانولوله‌ای جدید می‌تواند برنامه‌ای ساده را اجرا کند که منجر به تولید پیام «Hello, World» می‌شود. این یک نقطه شروع برای توسعه این نسل از تراشه‌ها است. اگر بخواهیم از این تراشه‌ها در ساخت کامپیوترهای امروزی استفاده کنیم؛ باید هریک از نانوکربن‌ها توانایی پذیریش میلیاردها ترانزیستور را داشته باشند.
پیش‌تر، شرکت IBM اعلام کرده بود تا سال ۲۰۲۰ تراشه‌های نانولوله‌ای کربنی خواهد ساخت که در دنیای واقعی جایگزین تراشه‌های سیلیکونی شوند. می‌دانیم هنوز این تلاش‌ها به ثمر ننشسته است و تراشه‌های نانولوله‌ای به بازار راهی پیدا نکردند. اما اکنون، ساخت پیشرفته‌ترین تراشه نانولوله‌ای جهان توسط تیمی از MIT امیدواری‌ها به آینده را زنده نگه داشته است. مهم‌تر از آن، قانون مور زنده می‌ماند.
