Группа исследователей объединилась для разработки транзистора на основе графена, который значительно превосходил кремниевые транзисторы, используемые в большинстве компьютеров.
Он меньше, но мощнее.
Графен снова в деле
Открытие графен в 2004 году началась серия исследований по выделению других двумерных материалов. Графен оказался удивительным материалом, обладающим набором уникальных и замечательных свойств. Одним из них является его способность проводить тепло в десять раз лучше, чем у меди, наиболее часто используемого проводника в электронике. При комнатной температуре графен также способен проводить электричество в 250 раз лучше, чем кремний, быстрее, чем любое другое известное вещество.
Эти свойства побудили группу исследователей из Северо-Западного университета, Университета Техаса в Далласе (UT Dallas), Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Университета Центральной Флориды (UCF) рассмотреть возможность разработки транзистора на основе графена. В исследовании, опубликованном в журнале Природа связиКоманда обнаружила, что транзистор на основе графена может работать лучше, чем кремниевые транзисторы, используемые в современных компьютерах.
Сначала краткое объяснение: транзисторы играют ключевую роль в современных компьютерных схемах, поскольку они действуют как переключатели включения и выключения, пропускающие электронные сигналы и электрическую энергию. Собранные вместе, транзисторы образуют логические элементы — ядро микропроцессора, служащее входом и выходом и действующее либо как 0, либо как 1 (так называемые двоичные биты). Это то, что позволяет микропроцессорам решать логические и вычислительные задачи.
«Если вы хотите продолжать продвигать технологии вперед, нам нужны более быстрые компьютеры, чтобы иметь возможность запускать более масштабные и качественные симуляции для климатологии, исследования космоса, для Уолл-стрит», — сказал соавтор Райан Гельфанд, доцент UCF. В пресс-релизе. «Чтобы достичь этого, мы больше не можем полагаться на кремниевые транзисторы».
Улучшенные логические ворота
Микропроцессоры, построенные с использованием кремниевых транзисторов, с 3 года застряли на скоростях обработки в основном в диапазоне от 4 до 2005 гигагерц. Существует предел скорости сигналов и мощности, с которыми могут работать эти транзисторы, в основном из-за сопротивления материала. Однако группа исследователей нашла способ обойти это ограничение, используя графен вместо кремния.
Сначала исследователи построили графеновую ленту, расстегнув углеродную нанотрубку (тонкий сложенный лист графена). Затем они приложили магнитное поле к графеновой ленте, что заставило их понять, что они могут контролировать сопротивление тока, протекающего через ленту. Используя соседние нанотрубки для увеличения или уменьшения тока, магнитное поле могло управлять потоком тока.
Логические схемы на основе графеновых транзисторов улучшили тактовую частоту микропроцессоров в тысячу раз и потребуют в сто раз меньше энергии, чем требуется компьютерам на основе кремния. Кроме того, эти схемы были меньше, чем логические схемы, использующие кремниевые транзисторы. По словам Гельфанда, это может позволить создавать электронные устройства меньшего размера, обладающие большей функциональностью. Аналогичное исследование также изучало графен как потенциальный конденсатор для квантовых компьютеров.
Полностью углеродная вычислительная система все еще существует только на чертежной доске, говорит соавтор Джозеф С. Фридман из UT Dallas, но Фридман и его сотрудники в исследовательской лаборатории NanoSpinCompute в настоящее время работают над прототипом.
«Исключительные свойства углеродных материалов позволяют работать в терагерцовом диапазоне и на два порядка уменьшить произведение мощности на задержку по сравнению с передовыми микропроцессорами». исследователи написали. «Мы надеемся вдохновить на создание этих каскадных логических схем, чтобы стимулировать преобразующее поколение энергоэффективных вычислений».
Источник: Графеновые компьютеры работают в 1000 раз быстрее, потребляя гораздо меньше энергии
