カーボンチューブで作られた最初のコンピューター

電卓にはすでに178個のトランジスタと一種のオペレーティングシステムがあります

ナノカーボンチューブの構築©NASA
読み上げ

真のブレークスルー:米国の研究者は、完全にカーボンナノチューブで完全に機能するコンピューターを初めて構築しました。 彼は計算、数字の並べ替え、簡単な命令セットの実行ができます。 ナノチューブの178個のトランジスタを搭載したコンピューターは、すでに一種のシンプルなオペレーティングシステムを実行しています。 この最初のナノチューブコンピューターは従来のコンピューターよりもまだ強力ではありませんが、研究者が「Nature」誌に報告しているように、この種の電子機器の基礎として基本的に小さなチューブが適していることを証明しています。

{1リットル}

より小さく、安く、より強力に:今日、私たちのスマートフォンには、成熟したコンピューターと同じくらいの計算能力があります。 チップ上の構造は非常に小さくなり、数ナノメートルのオーダーになりました。 しかし、1、20年後、小型化が限界に達するのではないかと懸念されています。これは、特定のトランジスタサイズから、量子物理学的寄生により制御された電流が不可能になるためです。

カーボンチューブ-単純な材料ではない

そのため、産業と研究では、シリコン時代の限界を克服するための新しい技術と材料を探しています。 有望な候補の1つは、カーボンナノチューブです。単層のコイル状カーボン層でできた小さなチューブです。 彼らの助けを借りて、シリコン技術の最大性能を少なくとも一桁上回ることができました。

しかし、これまでのところ、研究者は、いくつかの単純な回路以上のものを作ることができませんでした。 チューブが手に負えないからです。 まず、すべてが直線的に成長するわけではありません。 回路に短絡やその他の誤動作を引き起こす可能性のあるねじれや欠陥があるものもあります。 第二に、一部のチューブは、半導体のように振る舞わず、金属ワイヤのように振る舞うタイプのものです。 それらは常に電気を通すため、トランジスタには適していません。 ディスプレイ

オペレーティングシステムを備えたナノチューブ電卓

スタンフォード大学のMax Shulakerと彼の同僚は、ナノチューブの癖を制御できるようになりました。 ジャーナル「Nature」の最新号では、カーボンで作られた最初の機能コンピューターを紹介しています。 サイズは数平方ミリメートルで、178個のトランジスタで構成されています。

稼働中のコンピューターを構築するために、チームは2つのトリックを使用しました。 まず、複雑なアルゴリズムを使用して、変形したナノチューブが損傷しないように回路を構築する方法を計算しました。 第二に、半導体試料をオフにし、チップを流れる電流を追跡することにより、すべての過伝導チューブを排除しました。 エネルギーは壊れたナノチューブに集中し、それらを非常に加熱して単純に収縮させました。

ナノチューブ計算機は、Subnegと呼ばれる1種類の算術演算のみを実行します。 ただし、理論的には、考えられるすべてのコマンドを実装できます。 研究者は、1980年代の数件の訴訟を数え、数字を分類し、実行するための炭素計算機を得ました。 「単純なオペレーティングシステムがコンピューターで実行されています」とShulaker氏は説明します。 彼は異なるプロセスを切り替えることができます。 彼は編んだばかりですが、どのコンピューターからでも任意の命令セットを実行できます。」

10年後の商用アプリケーション

スタンフォードのコンピューターは、依然として最新のシリコンテクノロジーと競合できません。 「パフォーマンスの面では、このコンピューターは現在の標準に匹敵することはできません」と、ミュンヘン工科大学のフランツ・クロイプルは付随する解説で書いています。 「しかし、もしこのマシンが1955年に製造されていれば、それは可能だったでしょう。」開発者にはまだやるべきことがたくさんあります。

従来のコンピューターチップ SXC

しかし、今のところ原則は重要です。 共同研究者の一人であるSubhasish Mitraは、これはカーボンナノチューブで作られた単なるコンピューターではありません。 「シリコンと配偶者を超えたナノテクノロジーの助けを借りて、現実のものを構築できることを示す方向転換についてです。」第一著者のシュラーカーは、約10年後に何か現実のものになることを望んでいます。カーボンチューブは最初の商用アプリケーションに登場します。

そして、企業がシリコンチップの工場に投資した数十億ドルはどうですか? この素材に依存している無数の既存のプロセッサー? 私たちは、炭素のraがshouldれるのを防いで、こすって、捨てることができますか? そうでもない。 「人々がいつか目を覚まし、シリコンを窓から投げ出すことはまずありません」とシュラーカーは認めます。 しかし、カーボン回路は、成功した親withと互換性があります。「カーボンナノチューブ回路をその上に置くだけで、シリコンチップを追加することは簡単に想像できます。」 2013; doi:10.1038 / nature12502)

(Nature、2013年9月26日-NSC / NPO)