Szén nanocsövekkel készített rétegzett chipet az MIT

A Stanford Egyetemmel közös kutatásban készített komplex chipdizájn prototípust az MIT. A fejlesztés érdekessége, hogy az szilíciumalapú lapka mellett szén nanocsövekből épülő lapkákat is tartalmaz, a komplett chip pedig négy különálló lapkát egyesít 3D rétegzéssel. A prototípus egy komplett rendszernek tekinthető, az ugyanis a logikai áramkörök mellett a memóriát és a háttértárat egyesítő RRAM-ot (rezisztív RAM) is tartalmazza.

A tervezők szerint ez a szintű komplexitás csak szén nanocsövek alkalmazásával érhető el, ugyanis ezek előállításához elég mindössze 200 Celsius körüli hőmérséklet, miközben szilíciumhoz ennek ötszöröse, körülbelül 1000 Celsius szükséges. A lényegesen alacsonyabb hőmérséklet lehetővé teszi komplexebb chipek megalkotását anélkül, hogy a rétegzés során az alsóbb szinteken lévő áramkörök, azokon belül is az érzékeny RRAM sérülne.

A senior horizonton túl: a staff meg a többiek Senior tapasztalati szint fölött van még pár egzotikus lépcsőfok, illetve a mögöttük rejtőző elvárások.

Az eljárással rendkívül közel lehet egymáshoz hozni a számítási műveleteket végrehajtó különféle áramköröket, illetve a háttértárat is jelentő memóriát, ily módon pedig jelentősen csökkenthető a két áramkör közötti késleltetés. Emellett a teljes rendszer helyigénye is komolyan redukálható, ami napjainkban számos eszközben jönne kapóra, gondoljunk csak az okostelefonokra vagy az okosórákra.

A különféle tokozási és rétegzési eljárásoknak jövője tehát nem kérdés, a technológia megvalósítás ugyanakkor komoly kihívást jelent a gyártóknak. Az ipar egyelőre csak a 2.5D-s megoldásokkal kacérkodik, több-kevesebb sikerrel. Ebben az esetben egy úgynevezett interpózer szükséges, ami jellemzően egy, az összes arra kerülő lapkánál nagyobb területű szilíciumdarab. Ezen keresztül fut át (például) a logikai áramkör és a szorosan mellette található memória összekapcsolásához szükséges több ezer vezeték. Mindez költséges és komplikált, ennek pedig nem csak a központi lapka területénél jellemzően 50-60 százalékkal nagyobb interpózer az oka, hanem annak megfelelő megmunkálása is, ugyanis nagy részt ezen áll vagy bukik az összeköttetés sebessége.

Örök ígéret?

A szén-nanocsöves kutatásokról már több mint két évtizede hallani. Az irányban egyes szereplők komoly szerepet vizionálnak a szilícium utáni érában. Arra már többek között az IBM is rájött, hogy a szén nanocső kiváló tranzisztorkaput képez, elektromos és egyéb jellemzői ugyanis jobbak, mint a szilíciumé. A szilícium kapu vékonyításával drasztikusan romlanak a félvezető tulajdonságok, a szivárgási áram, tehát a zárt kapun is átfolyó elektromosság miatt az ilyen lapkák fogyasztása megnő.

A szén nanocsövek használatával mindkét probléma megoldódhatna. Egyrészt a nanocsövek elméletben akár néhány atom átmérőig is skálázhatóak, miközben elektromos tulajdonságaik ezzel párhuzamosan nem romlanak jelentősen. További előny, hogy a nanocsövek kiváló elektromos vezetők lehetnek, ugyanis esetenként akár ezerszer jobban vezetik az áramot, mint a réz, vagyis a lapkák huzalozására is alkalmas az új anyagtípus, nem csak tranzisztorkapuként. Ezért cserébe viszont a szén nanocső újabb kihívásokat állít, ugyanis a komplex áramkörök kialakítása, illetve a konzisztens (tömeg)gyártási minőség tartása jelen állás szerint egy nagyon nehezen megugorható feladatnak tűnik.

Ennek fényében továbbra is nagyon messze állunk attól, hogy processzor szintű, bonyolult áramköröket állítsanak elő tömeggyártásban szén nanocső segítségével, a sikeres kísérlet legfeljebb a koncepció életképességét igazolhatja. A félvezetőgyártók várhatóan a végsőkig kitartanak majd a szilíciumalapú technológiák mellett, hisz az összes üzem erre a technológiára rendezkedett be, illetve a nyersanyag ellátási lánc is ehhez van kiépítve, a váltásnak pedig rendkívül komoly költségvonzata lenne.