เซนต์ LOUIS - วิธีการใหม่ในการออกแบบและการสร้างชิปคอมพิวเตอร์อาจนำไปสู่การประมวลผลอย่างรวดเร็วอย่างรวดเร็วอย่างน้อย 1,000 เท่าเร็วกว่าชิปที่มีอยู่ดีที่สุดที่มีความสามารถ
วิธีการใหม่ซึ่งขึ้นอยู่กับวัสดุที่เรียกว่าท่อนาโนคาร์บอนช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างชิปในสามมิติ
ที่การออกแบบ 3 มิติช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถผสมผสานความทรงจำซึ่งเก็บข้อมูลและโปรเซสเซอร์การบีบอัดจำนวนในพื้นที่เล็ก ๆ เดียวกัน Max Shulaker หนึ่งในนักออกแบบของชิปและผู้สมัครปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในแคลิฟอร์เนียกล่าว -10 เทคโนโลยีที่จะเปลี่ยนชีวิตของคุณ-
การลดระยะห่างระหว่างสององค์ประกอบสามารถลดเวลาที่คอมพิวเตอร์ใช้ในการทำงานของพวกเขา Shulaker กล่าว 10 กันยายนที่นี่ที่ "รออะไรนะ?" Technology Forum จัดทำโดยหน่วยงานโครงการวิจัย Advanced Research, ฝ่ายวิจัยของกองทัพสหรัฐฯ
ความคืบหน้าช้า
ความก้าวหน้าที่ไม่อาจหยุดยั้งในการคำนวณอำนาจในช่วง 50 ปีที่ผ่านมานั้นส่วนใหญ่ต้องขอบคุณความสามารถในการสร้างซิลิกอนที่เล็กลงเรื่อย ๆทรานซิสเตอร์สวิตช์ไฟฟ้าสามง่ามที่ทำงานเชิงตรรกะสำหรับคอมพิวเตอร์
ตามกฎของมัวร์กฎคร่าวๆเป็นครั้งแรกโดยนักวิจัยเซมิคอนดักเตอร์กอร์ดอนอี. มัวร์ในปี 2508 จำนวนทรานซิสเตอร์ในชิปซิลิกอนที่กำหนดจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกสองปี ตามการคาดการณ์ของเขาทรานซิสเตอร์ได้รับมากขึ้นเรื่อย ๆ ด้วยส่วนที่มีอายุน้อยที่สุดที่วัดได้เพียง 5 นาโนเมตรและการใช้งานที่เล็กที่สุดที่มีคุณสมบัติเพียง 7 นาโนเมตร (สำหรับการเปรียบเทียบเส้นผมของมนุษย์โดยเฉลี่ยมีความกว้างประมาณ 100,000 นาโนเมตร)
อย่างไรก็ตามขนาดที่ลดลงหมายความว่าไฟล์ผลกระทบควอนตัมของอนุภาคในระดับนั้นอาจขัดขวางการทำงานของพวกเขา ดังนั้นจึงเป็นไปได้ว่ากฎหมายของมัวร์จะสิ้นสุดลงภายใน 10 ปีข้างหน้าผู้เชี่ยวชาญกล่าว นอกเหนือจากนั้นทรานซิสเตอร์ที่หดตัวไปจนถึงจุดสิ้นสุดที่ขมขื่นอาจไม่ทำอะไรได้มากนักเพื่อทำให้คอมพิวเตอร์เร็วขึ้น
เวลาเดินทางนาน
สิ่งกีดขวางบนถนนหลักไปยังคอมพิวเตอร์ที่เร็วกว่านั้นไม่ได้ตั้งค่าสถานะของโปรเซสเซอร์ แต่เป็นปัญหาหน่วยความจำ Shulaker กล่าว
การวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ต้องใช้คอมพิวเตอร์เพื่อดึงข้อมูลชิ้นเล็ก ๆ บางส่วนจากจุดที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ในข้อมูลที่ส่ายอย่างแท้จริง จากนั้นคอมพิวเตอร์จะต้องรับส่งข้อมูลผ่านสัญญาณไฟฟ้าไปมาข้ามสายไฟ (ค่อนข้าง) ขนาดใหญ่ระหว่างหน่วยความจำของคอมพิวเตอร์ (โดยทั่วไปคือฮาร์ดไดรฟ์) และโปรเซสเซอร์หันหน้าไปทางความเร็วของความต้านทานไฟฟ้าตลอดเส้นทาง -เครื่องจักรสุดพิเศษ: 7 Robotic Futures-
“ ถ้าคุณพยายามที่จะเรียกใช้สิ่งนั้นในคอมพิวเตอร์ของคุณคุณจะใช้เวลามากกว่า 96 เปอร์เซ็นต์ของเวลาที่ไม่ได้ใช้งานโดยไม่ทำอะไรเลย” Shulaker กล่าว "คุณกำลังสูญเสียพลังงานจำนวนมหาศาล" ในขณะที่หน่วยประมวลผลส่วนกลาง (CPU) รอข้อมูลชิ้นหนึ่งเพื่อทำการเดินทางกลับจากหน่วยความจำเช่นคอมพิวเตอร์ยังคงใช้กำลังไฟแม้ว่าจะไม่ได้คำนวณอะไรก็ตาม
อย่างไรก็ตามการแก้ Memory-CPU "เวลาเดินทาง" เป็นเรื่องยุ่งยาก ส่วนประกอบทั้งสองไม่สามารถใส่เวเฟอร์เดียวกันได้เนื่องจากเวเฟอร์ที่ใช้ซิลิกอนจะต้องได้รับความร้อนประมาณ 1,800 องศาฟาเรนไฮต์ (1,000 องศาเซลเซียส) ในขณะที่องค์ประกอบโลหะจำนวนมากในฮาร์ดไดรฟ์
ท่อนาโนคาร์บอน
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ Shulaker และที่ปรึกษาของเขาที่ Stanford University, Subhasish Mitra และ H.-S. ฟิลิปหว่องมองไปที่วัสดุที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง:ท่อนาโนคาร์บอนหรือแท่งตาข่ายขนาดเล็กที่ทำจากอะตอมคาร์บอนซึ่งสามารถประมวลผลได้ที่อุณหภูมิต่ำ คาร์บอนท่อนาโน (CNTs) มีคุณสมบัติทางไฟฟ้าคล้ายกับของทรานซิสเตอร์ซิลิกอนทั่วไป
ในการแข่งขันแบบตัวต่อตัวระหว่างทรานซิสเตอร์ซิลิคอนและทรานซิสเตอร์ CNT "ส่งมอบ CNT จะชนะ" Shulaker บอกกับ Live Science "มันจะเป็นทรานซิสเตอร์ที่ดีกว่ามันสามารถไปได้เร็วขึ้นมันใช้พลังงานน้อยลง"
อย่างไรก็ตามท่อนาโนคาร์บอนเติบโตในลักษณะที่ไม่เป็นระเบียบ "คล้ายกับสปาเก็ตตี้ชาม" ซึ่งไม่ดีสำหรับการทำวงจร Shulaker กล่าว ดังนั้นนักวิจัยจึงพัฒนาวิธีการปลูกท่อนาโนในร่องแคบ ๆ นำทางท่อนาโนให้เข้ากัน
แต่มีอุปสรรคอีกอย่าง ในขณะที่ 99.5 เปอร์เซ็นต์ของ nanotubes กลายเป็นแนวทาง แต่ผู้หลงทางสองสามคนจะยังคงอยู่นอกตำแหน่ง เพื่อแก้ปัญหานี้นักวิจัยคิดว่าการขุดเจาะรูในบางจุดภายในชิปสามารถมั่นใจได้ว่าแม้กระทั่งชิปที่มีท่อเอาแต่ใจจะทำงานตามที่คาดไว้
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือในขณะที่ CNTs ส่วนใหญ่มีคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์ (เช่นซิลิกอน) การกระทำบางอย่างเช่นเดียวกับโลหะที่ดำเนินการธรรมดาโดยไม่มีทางที่จะทำนายว่าหลอดใดจะประพฤติตัวไม่เหมาะสม หลอดที่นำไปใช้ไม่กี่ตัวเหล่านั้นสามารถทำลายชิปทั้งหมดและต้องโยนแม้กระทั่งเศษเสี้ยวของชิปจะไม่สมเหตุสมผลทางการเงิน Shulaker กล่าวเสริม ในฐานะที่เป็นวิธีการรักษา Shulaker และเพื่อนร่วมงานของเขาเป็นหลัก "ปิด" CNTs เซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมดปล่อยให้กระแทกขนาดใหญ่ของกระแสไฟฟ้าไหลเวียนผ่านท่อนาโนที่เหลืออยู่ ความร้อนในกระแสสูงขึ้นและสลายเฉพาะท่อนาโนที่นำไปใช้ซึ่งระเบิดเหมือนฟิวส์ระดับนาโน Shulaker กล่าว
ในปี 2013 ทีมสร้างคอมพิวเตอร์ CNT ซึ่งพวกเขาอธิบายไว้ในวารสารธรรมชาติ อย่างไรก็ตามคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นช้าและใหญ่โตมีทรานซิสเตอร์ค่อนข้างน้อย
ตอนนี้พวกเขาได้สร้างระบบสำหรับการซ้อนหน่วยความจำและเลเยอร์ทรานซิสเตอร์โดยมีสายไฟเล็ก ๆ เชื่อมต่อทั้งสอง การออกแบบ 3 มิติใหม่ได้ลดเวลาการขนส่งระหว่างทรานซิสเตอร์และหน่วยความจำและสถาปัตยกรรมที่เกิดขึ้นสามารถสร้างความเร็วในการคำนวณที่เร็วขึ้นได้เร็วกว่า 1,000 เท่าที่เป็นไปได้ Shulaker กล่าว ด้วยการใช้สถาปัตยกรรมใหม่ทีมได้สร้างความหลากหลายเวเฟอร์เซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับทุกอย่างตั้งแต่แสงอินฟราเรดไปจนถึงสารเคมีเฉพาะในสภาพแวดล้อม
ขั้นตอนต่อไปคือการขยายระบบต่อไปเพื่อให้ชิปที่ใหญ่กว่าและซับซ้อนยิ่งขึ้น
ติดตาม tia ghose onTwitterและGoogle+-ติดตามวิทยาศาสตร์สด@livescience-Facebook-Google+- บทความต้นฉบับเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สด-
