Создан первый полноценный компьютер на углеродных нанотрубках

Схема компьютера на углеродных нанотрубках
Изображение: Max M. Shulaker et al., Nature, 2013

Ученые из Стенфордского университета создали прототип первого полного по Тьюрингу компьютера на углеродных нанотрубках. Описание устройства опубликовано в Nature, краткий обзор исследования приводится в редакционной статье издания.

Создание прототипа стало возможным благодаря одновременному использованию двух подходов: разработке новой технологии ориентирования нанотрубок на подложке и сильному упрощению логической архитектуры устройства. При этом после нанесения нанотрубок на подложку ученые сначала удаляли те их них, которые обладали металлическими, а не полупроводниковыми свойствами, и только затем формировали транзисторы. Средний размер последних составлял около 8 микрометров.

При разработке схемы устройства ученые обратились к архаичной PMOS-логике. Она использовалась при создании транзисторов преимущественно в середине прошлого века до того, как ее заменили более энергоэффективные и продвинутые полупроводниковые устройства КМОП. Эти схемы отличаются прежде всего тем, какой ток подается на управляющий затвор транзистора и как проводится его переключение. Решение авторов использовать устаревшую архитектуру было связано не с особенностями нанотрубок (из них можно собрать и КМОП-процессор), а с тем, что в таком случае изготовление проводится за вдвое меньшее количество этапов, а, следовательно, ниже возможность ошибки.

Компьютер на нанотрубках осуществляет всего одну логическую операцию — SUBNEG, то есть вычитает одно число из другого и в случае отрицательной разницы записывает его в третью ячейку. При этом за один цикл вычисления проводятся всего над одним битом информации. Тем не менее, по словам авторов, процессор обладает полнотой по Тьюрингу, то есть способен выполнять все алгоритмически разрешимые задачи, на которые ему просто требуется гораздо больше времени, чем 32- или 64- битному современному устройству.

По словам Франца Кройпла из Мюнхенского технологического института, насколько масштабируемой и перспективной окажется технология, пока не ясно. Это будет зависеть от того, насколько точно ученые смогут управлять ориентацией нанотрубок на подложке. Недавно ученые смогли достичь рекордной плотности укладки углеродных нанотрубок на подложке, однако можно ли будет применить эту технологию для создания транзисторов, пока не ясно.