Háromdimenziós kialakítás lehet a válasz a jelenlegi struktúrában felépülő processzorok ismert sávszélesség-problémáira. Ezt állítják az első prototípussal már elő is rukkoló stanfordi és MIT-n dolgozó kutatók, akik szerint a fejlesztés hozzájárulhat az egyre inkább temetett Moore-törvény érvényességi idejének kitolásához.

Nanocsövekkel a hatékonyabb működésért

Alapvetően két tényező kombinálásával érték el az eredményt a projekten dolgozók. Egyrészt a memóriát, a processzort magát és az érzékelőket egyetlen diszkrét egységbe ötvözték, másrészt ez utóbbit grafén nanoszálas struktúrára alapulva hozták létre. Az egészet nem felejtő, rezisztív memóriával (resistive RAM) koronázta meg a csapat. Állításuk szerint ez a 3D-s processzorarchitektúra a valaha készített legbonyolultabb nanoelektromos rendszer, amit az utóbbi egy-két évben terjedő nanotechnológiára alapuló eljárásokkal létrehoztak.

A szén jobb hőtani paraméterekkel bír a szilíciumhoz képest, így a szénalapú nanocsövek alkalmazásával a magasabb hőmérsékletnek jobban ellenálló chipek hozhatók létre. Ez a jellemző egyre fontosabbá válik, hiszen hiába minden fogyasztáscsökkentés irányába tett lépés, a szilíciumlapkák kiterhelve még mindig hajlamosak 80-90 Celsius fok környékére melegedni.

És nem csak a működés, hanem a gyártás során is hasznos az anyag ezen képessége. Napjaink kétdimenziós, szilícium tranzisztorokon alapuló áramköreinek előállításához extrém, akár ezer Celsius fokot is meghaladó hőmérsékletre van szükség. Egy második réteg ráhelyezésekor ezt a terhelést még egyszer már nem viseli el károsodás nélkül az első réteg, ezért sem jellemző a chipek 3D-s kialakítása napjainkban.

Ezzel szemben a szén nanocsövekre alapuló áramkörök és RRAM-ok sokkal alacsonyabb hőmérsékleten hozhatók létre, árulta el Max Shulaker, az MIT Microsystems Technology Laboratories kutatója. A 200 Celsius fok alatti gyártási környezet pedig már lehetővé teszi a lapkák több rétegű kialakítását anélkül, hogy a korábbi rétegeket károsítaná az új szint rájuk építése.

Gyorsabb és kevesebbet fogyaszt

Philip Wong, az MIT kutatócsapatának tagja szerint a szén nanocsövek ideális esetben legalább egy nagyságrenddel energiahatékonyabbá tehetik a processzorokat a ma használt, szilíciumalapú példányokhoz képest. Ezzel párhuzamosan a grafénalapú RRAM megoldások tovább növelik az egységnyi felületen elérhető memóriakapacitást, ráadásul úgy, hogy közben az adatok írása és olvasása is nagyobb tempóval, illetve energiatakarékosabban történhet a DRAM-okhoz képest.

Nem meglepő módon a projektet a fejlett védelmi kutatásokkal foglalkozó amerikai ügynökség, a DARPA támogatta, érdekes ugyanakkor, hogy a finanszírozásba az USA az Országos Higiéniai Alapítványával (National Sanitation Foundation) is beszállt. Pénzügyi segítségnyújtásukkal folyhatott le a kutatás és születhetett meg a prototípus.

Gyorsan fejlődő graféntechnológia

Az anyagtudomány már jó ideje keresik azokat az anyagokat, melyek a szilícium-korszak után is biztosítják a továbblépést. Egy ideje a grafén az, amelyre amolyan csodaanyagként tekintenek a kutatók. És hogy mennyire központi témáról van szó, az is jelzi, hogy évi mintegy 20 ezer értékelhető tudományos publikáció születik a témában.

Még nincs egy éve, hogy a Wisconsin-Madison Egyetem kutatói tavaly szeptemberben sikeresen meghaladták a szilíciumalapú chipekkel elérhető tempót a nanocsöves rendszer tökéletesítése révén. Akkori becslések szerint a jelenlegi CPU-technológia teljesítményének duplája is összejöhet, de a mostani eredmények azt mutatják, hogy nem elképzelhetetlen az ötszörös sebességnövekedés sem, az energiafogyasztás ötödrészére csökkentése mellett. Az azonban egyelőre nem ismert pontosan, hogy mikor érjük majd el ezt a mérföldkövet, és mikor kerülnek a technológiára alapuló processzorok először kereskedelmi forgalomba.

A grafénben azonban óriási lehetőségek vannak. Az Európai Unió 2013-ban indított egy tíz évre szóló, 1 milliárd eurós keretösszegű grafénkutatási programot, melyben magyar kutatócsoport is részt vesz.