Графенові комп'ютери працюють в 1000 разів швидше та використовують набагато менше енергії

І знову графен

Відкриття графена в 2004 році початок шквал досліджень, щоб ізолювати інші двовимірні матеріали. Графен виявився чудодійним матеріалом, що володіє безліччю унікальних і чудових властивостей. Одна з них - це здатність проводити електрику в десять разів краще, ніж мідь, найбільш часто використовуваний провідник в електроніці. При кімнатній температурі графен також здатний проводити електрику в 250 разів краще, ніж кремній, швидкість швидше, ніж будь-яке інше відоме речовина.

Ці властивості привели до того, що група дослідників з Північно-західного університету, Техаського університету (UT) в Далласі, Університет штату Іллінойс в Урбана-Шампейн і Університет Центральної Флориди (UCF) розглянули питання про створення транзистора на основі графену. У дослідженні, опублікованому в журналі Nature Communications, команда виявила, що транзистор на основі графену може працювати краще, ніж кремнієві транзистори, які використовуються на сучасних комп'ютерах.

Короткий пояснення: транзистори є ключовими в сучасних комп'ютерних схемах, оскільки вони діють як перемикачі включення і виключення, які дозволяють передавати електронні сигнали і електрику. При об'єднанні транзистори утворюють логічні ворота - ядро ​​мікропроцесорів, службовців входом і виходом і діючими або як 0s, або 1s (так звані виконавчі біти). Це те, що дозволяє мікропроцесорах вирішувати логічні і обчислювальні завдання.

«Якщо ви хочете продовжувати просувати технологію вперед, нам потрібні більш швидкі комп'ютери, щоб мати можливість запускати більше і краще моделювати кліматичну науку, для освоєння космосу, для Уолл-стріт», співавтор Райан Гельфанд, доцент UCF, йдеться в прес- релізі. «Щоб дістатися туди, ми більше не можемо покладатися на кремнієві транзистори».

Кращі логічні ворота

Мікропроцесори, побудовані з використанням кремнієвих транзисторів, застрягли на швидкостях обробки, головним чином, в діапазоні від 3 до 4 гігагерц з 2005 року. Обмеження швидкості сигналів і потужності, які можуть обробляти ці транзистори, багато в чому обумовлено опором матеріалу. Однак група дослідників знайшла шлях через це обмеження, використовуючи графен замість кремнію.

Дослідники спочатку побудували стрічку графена, розібравши вуглецеву нанотрубку (тонкий складчастий графеновий лист). Потім вони застосували магнітне поле до стрічки графена, що дозволило їм зрозуміти, що вони можуть контролювати опір струму, що протікає через стрічку. Використовуючи прилеглі нанотрубки для збільшення або зменшення струму, магнітне поле може управляти потоком струму.

Графічні логічні схеми на основі графенових транзисторів поліпшили тактову частоту мікропроцесорів в тисячу разів і зажадали сотої потужності, необхідної для комп'ютерів на основі кремнію. Крім того, ці схеми також були менше логічних схем, які використовують кремнієві транзистори. Це може дозволити більш дрібним електронних пристроїв, які стискають більше функціональності, пояснив Гельфанд. Аналогічне дослідження також досліджувало графен як потенційний конденсатор для квантових комп'ютерів.

Всеуглеродная обчислювальна система все ще існує тільки на креслярської дошці, говорить співавтор Джозеф С. Фрідман з UT Dallas, але Фрідман і його співробітники в дослідницькій лабораторії NanoSpinCompute в даний час працюють над прототипом.

«Виняткові матеріальні властивості вуглецевих матеріалів дозволяють терагерцовий роботу і на два порядки зменшувати продукт затримки харчування в порівнянні з передовими мікропроцесорами», - пишуть дослідники. «Ми сподіваємося надихнути на створення цих каскадних логічних схем, щоб стимулювати трансформаційну генерацію енергоефективних обчислень».

Література: KurzweilAI, Nature Communications, Університет Центральної Флориди