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Aus Nanoröhren hergestellte IBM-Transistoren könnten Silizium in immer winzigeren Computerchips ersetzen

2021

Da Silizium-Mikrochips immer kleiner werden und Hersteller immer mehr Transistoren auf jeden einzelnen Chip packen, wird das Moore-Gesetz - die optimistische Beobachtung, dass die Mikrochip-Industrie die Anzahl der Transistoren, die alle 12 bis 18 Monate auf einem einzelnen Chip aufgebaut werden können, verdoppelt - ein wenig schwieriger zu pflegen. IBM-Forscher berichten jedoch von einem Durchbruch in der Transistortechnologie, der es ihnen ermöglichen könnte, die Größe von Logikgattern - den grundlegenden digitalen Schaltern auf dem modernen Mikrochip - weiter zu reduzieren und daher Mikrochips für ein weiteres Jahrzehnt oder länger zu verkleinern, sodass unsere Geräte weiterhin funktionieren wächst schneller, leistungsfähiger und (hoffentlich) effizienter.

Logikgatter sind die winzigen Schalter, die die digitalen Einsen und Nullen speichern und weiterleiten, aus denen sich der binäre Computercode zusammensetzt. Sie sind im Grunde genommen die Mechanismen, die es Mikrochips ermöglichen, Informationen zu verarbeiten, und sie sind der Grundstein für die Leistung von Chips. Je mehr Logikgatter auf einen Chip geladen werden können, desto schneller und leistungsfähiger wird der Chip. Mehr Geschwindigkeit und Kapazität bei kleineren Chips bedeuten, dass Elektronik mit kleineren Formfaktoren mehr erreichen kann. Deshalb sind unsere Geräte in den letzten fünf Jahrzehnten immer kleiner, schneller und besser geworden - ein Trend, den wir uns wünschen siehe weiter.

Da sich diese Schalter Größen nähern, die buchstäblich in Atomen gemessen werden können, drohen die Beschränkungen der Physik dem Mooreschen Gesetz im Wege zu stehen, und das macht diesen IBM-Durchbruch für die Branche zu einer so großen Sache. Viele in der Branche können nicht vorhersehen, dass Chipdesigner mit konventionellen Siliziummethoden weitermachen, und die daraus resultierende Verlangsamung des Mooreschen Gesetzes würde sich nachteilig auf eine Reihe von Branchen auswirken, die auf die Verfügbarkeit immer billigerer und schnellerer Chips angewiesen sind (einschließlich Smartphones, PCs, Tablets - im Grunde genommen wird die gesamte Elektronik, von der wir einfach ausgehen, mit jeder Generation astronomisch besser. IBM ist jetzt der Ansicht, dass es mithilfe der Carbon-Nanotube-Technologie weiterhin bessere Chips liefern kann, um kleinere Transistoren zu bauen, und gleichzeitig potenziell die Geschwindigkeit erhöhen kann, mit der die darin enthaltenen Logikgatter ein- und ausgeschaltet werden können.

Forscher am IBM-Forschungscampus in Yorktown Heights, NY, haben Arrays von Kohlenstoffnanoröhren - einzelne Kohlenstoffschichten, die zu extrem kleinen Röhren geformt wurden - auf Siliziumwafer geätzt und sie mithilfe eines chemischen Selbstorganisationsprozesses, der die Nanoröhren lenkt, zu extrem kleinen rechteckigen Mustern gebracht Nanoröhren an Ort und Stelle. Bisher haben sie Chips mit 10.000 Arbeitstransistoren demonstriert und glauben, dass sie die Methode skalieren können, um mit den am dichtesten gepackten Siliziumchips zu konkurrieren.

Wie oben erwähnt, hat dies zwei entscheidende Vorteile: Geschwindigkeit und Größe. Während die jüngsten Fortschritte in der Siliziumtechnologie es den Chipherstellern ermöglicht haben, die Größe der Chips weiter zu reduzieren, haben die Taktratenerhöhungen (das ist die Fachsprache für die Chipleistung) nicht Schritt gehalten. Das bedeutet, dass Geräte zur Leistungssteigerung mehr Prozessorkerne benötigen, um Aufgaben parallel aufzuteilen, damit die Dinge schneller laufen. Die IBM-Forscher glauben jedoch, dass sie bis zum Ende dieses Jahrzehnts ihre Kohlenstoffnanoröhrenmethode einsetzen können, um sowohl die Anzahl der Transistoren als auch die Geschwindigkeit, mit der sie geschaltet werden können, zu steigern. Wenn die Forschung Bestand hat, zeichnen sich Geschwindigkeits- und Leistungssteigerungen ab - und unsere Elektronik wird weiterhin kleiner, leistungsfähiger oder beides.

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