Mikroprozessor aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen

2. September 2019, 16:19 Uhr
Mikroskopie eines Mikroprozessors aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Bild: Felice Frankel / MIT.
Mikroskopie eines Mikroprozessors aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Bild: Felice Frankel / MIT.
Forscher des MIT haben einen modernen Mikroprozessor aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Transistoren entwickelt. Wie in der Zeitschrift Nature beschrieben wird, kann er mit traditionellen Verfahren zur Herstellung von Siliziumchips hergestellt werden. Dies stellt einen wichtigen Schritt in Richtung einer praktischen Realisierung von Mikroprozessoren mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen dar.

Die Herstellung von Feldeffekttransistoren (CNFET) aus Kohlenstoff-Nanoröhren ist besonders wichtig für den Bau von Computern der nächsten Generation. CNFETs Eigenschaften haben eine etwa zehnfache Energieeffizienz und erreichen weitaus höhere Geschwindigkeiten im Vergleich zu Silizium-FETs. Bislang aber wiesen CNFET aber oft viele Mängel auf.
Die MIT-Forscher konnten Defekte drastisch begrenzen und CNFETs unter Verwendung von etablierten Prozessen in traditionellen Silizium-Fabriken realisieren. Sie konstruierten einen voll funktionsfähigen 16-Bit-Mikroprozessor mit mehr als 14.000 CNFETs. Er basiert auf der Open-Source-Chip-Architektur RISC-V, welche Befehle definiert, die ein kompatibler Mikroprozessor ausführen kann. Zur Demonstration gab die Hello-World-Variante den Satz „Hello, World! I am RV16XNano, made from CNTs." aus.

Der Mikroprozessor baut auf einer früheren Iteration mit nur 178 CNFETs auf, die von anderen Forschern vor sechs Jahren entwickelt wurde. Seit Jahren gelten die den Kohlenstoff-Nanoröhrchen innewohnenden Defekte als eine Art Fluch, der die praktische Nutzung erschwert. Im Idealfall benötigen CNFETs halbleitende Eigenschaften. Leider ist ein kleiner Teil der Kohlenstoff-Nanoröhrchen metallisch, was den Transistor verlangsamt oder blockiert. Moderne Kohlenstoff-Nanoröhrchen benötigen daher eine Reinheit von 99,999999 %, was heute praktisch unmöglich zu produzieren ist.
Die Forscher entwickelten eine Technik namens DREAM (Akronym für „Design Resiliency Against Metallic cnts“), die metallische CNFETs so positioniert, dass sie die Datenverarbeitung nicht stören. Damit lockerten sie das strenge Reinheitsgebot um etwa vier Größenordnungen – eine Reinheit von etwa 99,99 Prozent reicht nun aus.

Quelle: MIT News
 
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