Un grupo de científicos ha conseguido fabricar el primer procesador que emplea nanotubos de carbono para sus transistores. La sustitución del habitual silicio por los nanotubos de carbono, podría abrir una nueva etapa en el desarrollo de los componentes electrónicos. Esto se debería a que el carbono es mucho mejor conductor de la electricidad que el silicio, que se ha usado hasta el momento en la fabricación de los transistores que se usan en el interior de los componentes electrónicos modernos.

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en colaboración con científicos de Analog Devices, han construido con éxito una CPU basada en la arquitectura RISC-V utilizando únicamente nanotubos de carbono (CNT).

Los transistores siempre se han fabricado usando el silicio que puede encontrarse en la arena (también los hay de germanio). Es un material que permite ser dopado con cierta facilidad y, por tanto, permite el paso (o no) de la corriente eléctrica por su interior. A este tipo de materiales se les denomina “semiconductores”, dado que permiten que pase la corriente eléctrica mejor que en el caso de un material aislante, pero peor que el caso de un metal, que suele ser un conductor.

Sin embargo, un problema que tiene el silicio es que, cuanto más pequeño se intentan fabricar los transistores, más problemas presenta su correcto funcionamiento. Dado que los electrones no se mueven como debieran. Y en la industria de semiconductores, donde ya se hablan de nodos de 2 nm, esto es un obstáculo que se ha de solventar.

El problema, hasta ahora, estribaba en que, cuando se depositaban los nanotubos de carbono sobre una oblea para fabricar el chip de un procesador, estos tienden a agruparse sin orden ni concierto, impidiendo que un procesador pueda funcionar. Junto con un problema residual de la fabricación de los nanotubos de carbono, que hace que en ella acaben apareciendo otros nanotubos, pero completamente metálicos. El primer problema se ha conseguido solucionar haciendo vibrar la oblea, de manera que los nanotubos de carbono se alineen correctamente. Y, el segundo, desarrollando un circuito que fuera capaz de detectar los conflictivos nanotubos metálicos, y los aislara.

El carbono lleva mucho tiempo en el punto de mira de los ingenieros

Uno de los posibles sustitutos para reemplazar el silicio ha sido, desde hace años, el carbono. Y, más concretamente, los nanotubos de carbono. Debido, en parte, a que estos tienen un grosor que es de prácticamente el equivalente a un átomo de carbono. Pero también, al hecho de ser un semiconductor eléctrico bastante mejor que el silicio. El hecho es que, en teoría, un procesador desarrollado con nanotubos de carbono podría ser hasta tres veces más rápido que uno de los actuales modelos. Y consumiría solo un tercio que estos. Esto podría volver a poner a la Ley de Moore sobre la palestra.

Bajo el nombre de RV16X Nano, nos encontramos con una CPU que actualmente solo es capaz de ejecutar un programa clásico “Hello World”. El CNT es un semiconductor natural, sin embargo, cuando se fabrica, se fabrica como un nanotubo metálico. Esto se debe al hecho de que los nanotubos metálicos son más fáciles de integrar en el ecosistema de fabricación. Tiene numerosos desafíos en la producción porque los CNT tienden a posicionarse al azar en ejes X/Y/Z. Los investigadores del MIT y de Analog Devices resolvieron este problema haciendo superficies lo suficientemente grandes como para que los tubos aleatorios se posicionen en buen lugar.

Procesador de 16 bits desarrollado con nanotubos de carbono

La CPU se basa en la arquitectura RISC-V, que particularmente está diseñada para manejar instrucciones de 32 bits en un diseño de ancho de banda de memoria de 16 bits. Siendo que todas las etapas del pipeline de la CPU (Instrucción Fetch, Decode, Register Read, Execute y Write Back) tienen 16 bits de ancho, la CPU se declara oficialmente como una CPU de 16 bits.

Esta CPU utiliza 14.000 puertas lógicas, como las puertas AND o NOT, para convertirse en un diseño completamente funcional. Dada la cuidadosa manipulación de los nanotubos, los investigadores lograron obtener un rendimiento del 100%, lo que significa que las 14.000 puertas funcionaron correctamente.

La tecnología aún no es perfecta. El chip funcionó a una velocidad de reloj muy baja de solo 10 kHz, lo que significa que cualquier CPU sencilla a día de hoy es capaz de arrojar un mayor rendimiento. Con todos los defectos, esta demostración es un logro importante para la tecnología, pero no deja de ser una prueba de concepto. El MIT demuestra así que puede fabricar un ejemplo funcional de una CPU basada en algo que no requiere de silicio y que posiblemente sea incluso mejor.

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2 commentarios

AlexFC · 4 septiembre, 2019 a las 12:49 pm

Madre mía.

Richard · 2 septiembre, 2019 a las 2:05 pm

GREAT

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