Čip z uhlíkových nanotrubiček pojal 14 tisíc tranzistorů

TLDR verze: Uhlíkové nanotrubice by nám mohly doručit počítače, které žerou méně proudu a míň potřebujou i chladit. Nový CNT čip přitom překročil solidní hranici zahuštění tranzistorů. Studie tu.

Níže, lépe, rychleji

Asi jste už slyšeli někdy pojem Mooreův zákon. Někdeji postulovaná zajímavost o tom, že první mikroprocesory mají (skrze své tvůrce, samože) tendenci zdvojnásobovat počet tranzistorů nečekaně pravidelně, od svého vyřčení v roce 1965 nabral skoro mýtické rozměry. Mooreův zákon sice vůbec není zákon, jde však o velmi výstižný popis zrychlování výpočetní kapacity, která pohání poslední půlstoletí elektroniky. A tak Mooreův růst někdo stopuje do evoluce, a jiný zase inteligence…

Již sám Moore ale v roce 1995 varoval před tím, že Mooreův zákon má své fyzikální limity. Jmenovitě jde o to, že tranzistor nemůže být menší než atom. Naštěstí se však zdá, že by další zrychlování počítačů nemuselo spoléhat jenom na čipy z křemíku, ale snad i na čipy z uhlíkových nanotrubic. Ty mají totiž potenciální výhody v tom, že se méně zahřívají, potřebují méně energie k chodu a snad i ty tranzistory by bylo možné natěsnat o něco blíže k sobě. 

CNT počítače jsou v laboratoří vyvíjeny od 90. let – ale na významnější průlom došlo až v roce 2013, kdy vzniklo na Stanfordu cosi připomínající první opravdový čip. Velký byl jako palačinka pro celou rodinu a pohánět by nejspíše nemohl ani Candy Crush, ale to nebylo podstatné. Jeho autoři zejména v metodě vzniku vyřešili řadu koncepčních problémů CNT technologií. Nanotrubice jsou například tak titěrné, že se jich část při výrobě špatně zformuje. Stanfordští však před šesti lety přišli třeba s algoritmem, který vadné části dovedl obcházet. 

Od té doby vývoj CNT počítačů pokračuje podstatně rychleji. Různé týmy již dosáhly podstatně vyšší rychlosti dalších čipů, objevily se i práce kombinující uhlíkové a křemíkové čipy do nej(h)různějších konstrukcí. Nyní vědátoři z MIT představili další evoluční krok kupředu! Je jím 16-bitový procesor jménem RV16X-NANO vystavěný jenom z uhlíkových nanotrubic. Dokonce je tak rychlý, že rozjede i triviální program!  

CNT, ne CNC!

Přibývající počet tranzistorů napříč dějinami. Stroj: Wiki

Tým Maxe Shulakera z MIT sestavil procesor skládající se z neuvěřitelných 14 tisíc tranzistorů, schopný rozjet třeba program HELLO WORLD, který se učí syslit embryonální fáze studenta programování. Shulakerovi výzkumníci při vytváření procesoru museli opět ošulit některé z inherentních nešvarů uhlíkových nanotrubic, jmenovitě přítomnost metalických trubiček. Ty jako de facto závady z výroby jaksi vždy vedou proud, což se od slušných a spořádaných polovodičů příliš nesluší (ani nepatří)…

Stejně jako na Stanfordu problém nebyl vyřešen tím, že by byl proces výroby trubiček vytahán za uši a opraven, ale poněkud šalamounštěji skrze metodu, jak problémové segmenty kreativně obejít i v případě chyb. Pro Shulakera, který se podílel i na revolučním pokroku v CNT čipech v roce 2013, to ostatně musel být návrat do mladých let! Je to dvojnásob příhodné uvážíme-li, že čip obsahuje zhruba ekvivalentní počet tranzistorů, které měly křemíkové čipy v roce 1979

Kdy se tedy můžeme těšit na CNT procesory, které nám nebudou žrát tolik proudu a nespálí nám kolena? To raději neřeknu! Po roce 2013 jsem totiž sám predikoval, že cosi by mohlo dorazit do vzdáleného konce dekády, což, mrknu-li na kalendář, nutí mne samotného obrátit leda tak oči v sloup před vlastní mladickou naivitou… Nicméně, k nynějšímu 16-bitovému CNT čipu je třeba dodat několik podstatných ale

Především platí, že v minulosti již vznikly rychlejší hybridní sestavy kombinující uhlík a křemík. Proč teda vlastně psát o čipu MIT, který rozjede možná tak Pacmana? Protože RV16X-NANO byl (na rozdíl od starších pokusů) vyroben skrze běžné metody masové produkce moderních mikročipů. Jde vlastně o standardní křemíkový čip, jaký máte i ve vašem počítači – ale z uhlíku! Možná to nezní tak velikášsky. V cestě vstříc komerční aplikaci však dost možná není významnějšího milníku. 


No a kdy to teda bude?

Rychlost & velikost RV16X-NANO nicméně napovídá, že šampaňské budeme ještě muset nechat chvíli chladit. Ačkoliv by čip již mohl třeba utáhnout nějakou moderní hračku, pokud by nešlo třeba o panenku pro obra, do níž se může vejít čip velký jako nedělní prostření, byla by asi potomstvu k ničemu. Nutná bude ještě tak masivní miniaturizace, že by se z toho protočily panenky i Ant-Manovi. 

Přesto – trvá to krapet déle, avšak od roku 2013 se věci pohnuly! Uvážíme-li, že tehdejší CNT čip Stanfordu měl 178 tranzistorů – což s přimhouření obou očí a uší odpovídá možná roku 1955 – máme tu docela fajn pokrok kupředu. Integrované hybridní křemíko-uhlíkové čipy by po nezbytném zahuštění nynějšího vynálezu z MIT dorazit spíše dříve než čisté CNT čipy. Kdy přesně však CNT hardware překročí onu magickou hranici a poprvé spustí alespoň prvního Dooma z roku 1993, se raději už neodvážím hádat.

Dojde-li na to ale fakt ještě v nejbližší dekádě, možná se tomu pan Moore v křemíkové nebi ještě hodně nasměje!

[LL]

Vyšší kapacita by se nám třeba hodila i v případě počítačů emulujících lidský mozek:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze