Računar sa nano-cevima

• 0Niko još nije pohvalio poruku.
  Registruj se da bi pohvalio/la poruku!

RAM (Random Access Memory) čipovi brži od postojeće memorije, manjih energetskih zahteva, većeg kapaciteta i sposobni za čuvanje podataka i nakon isključivanja izvora električne energije - čipovi zasnovani na nano-cevima. Ako se radni prototip memorijskog čipa firme Nantero iz Masačusetsa (SAD) pokaže uspešnim, nano-cevi će uskoro postati sastavni deo računarskih memorija, a silikonskoj memoriji biće odbrojani dani

Nano-cevi su molekule cilindričnog oblika, dimenzija nekoliko nanometra (milijarditi deo metra), izgrađene od atoma ugljenika (Ekonomist magazin, broj 112, jul 2002. god.). Zahvaljujući jedinstvenim električnim i mehaničkim osobinama (uz izuzetnu hemijsku stabilnost) predstavljaju, bar teoretski, idealan materijal za izradu nanoelektronike. Glavna prepreka primeni nano-cevi u konkretnim tehnologijama, naročito za precizne delove kao što su elementi nano-kola, za sada leži u dobijanju većih količina proizvoda odgovarajućeg kvaliteta (obično se dobijaju u obliku zamršenih snopova molekula različite veličine). Primene koje zahtevaju manju preciznost su, međutim, već na pomolu. Samsung je napravio radni prototip ravnog monitora sa nano-cevima i očekuje se njegova skora komercijalizacija. Takav monitor trebao bi da bude jeftin kao katodne cevi, a tanak kao daleko skuplji monitori sa tečnim kristalom ili plazma TV. Samsung nije jedini - ravne monitore sa nano-cevima razvija preko 20 elektronskih firmi. Isto tako, napravljen je i prototip rendgenskog uređaja sa nano-cevima jednostavnije konstrukcije i manjih dimenzija od standardnih uređaja. Smatra se da će nano-cevi najveći uticaj imati u proizvodnji računarske memorije i logike. Mikroelektronika je trenutno zasnovana na silikonskim tranzistorima dimenzija do 130 nanometara. To znači da Intel može smestiti najviše oko 42 miliona tranzistora na svoj Pentium 4 čip. Kako se smanjivanje dimenzija silikonskih tranzistora i čipova približava svojoj granici, proizvodnja postaje sve teža i skuplja. Upotreba nano-cevi ili tzv. nano-žica kao minijaturnih elektronskih sklopki omogućila bi računarskim dizajnerima da sabiju milijarde tranzistora na čip. U slučaju da ovakvi molekulski tranzistori prorade, slicijum bi bio izbačen iz upotrebe u roku od nekoliko godina.

U avgustu prošle godine, istraživači iz IBM-ovih laboratorija uspeli su da formiraju dva tipa tranzistora, svaki prečnika nekoliko nanometra, smeštanjem nano-cevi na zlatne pločice (elektrode). Istraživači su iskoristili međumolekulsko (tzv. Van der Waals-ovo) privlačenje između dve blisko smeštene nano-cevi za uspostavljanje dva stabilna mehanička stanja. U jednom stanju cevi su odvojene, a u drugom se nalaze u bliskom kontaktu i privlačenje između njih savija jednu cev. Prelaze između stanja bilo je moguće izazvati električnim pobudama. Na taj način nano-cevni tranzistori su zajedno delovali kao logička sklopka - osnovna komponenta računara odgovorna za selektivno usmeravanje električnih signala, koje ih transformiše u smislene jedinice i nule binarnog koda. IBM-ova sklopka je jedan od prvih primera elemenata elektronskih kola konstruisanih od pojedinačnih molekula. Iako se radilo samo o gruboj laboratorijskoj demonstraciji, rezultati su pokazali da nano-cevni tranzistori mogu imati superiornije karakteristike od najsavremenijih silikonskih tranzistora.
Kompanija Nantero iz Masačusetsa, SAD, nada se skorom proboju na tržišta računarske memorije sa svojom tehnologijom nano-cevi. Najvažnijim aspektom tehnologije, koja bi trebala biti spremna već koliko za godinu dana, Nantero smatra "postojanu" memoriju. Konvencionalna RAM memorija (kratkotrajna ili "nepostojana" elektronska memorija sa izravnim pristupom, koju računari koriste za podizanje operativnih sistema i programa) zadržava informacije samo dok je uključena u izvor električne energije. Iz tog razloga proizvođači pokušavaju da naprave "postojane memorije", koje bi bile brze bar koliko RAM čipovi koji su trenutno u upotrebi, ali bi takođe čuvale informacije po isključivanju računara (kao što rade hard diskovi, koji su međutim suviše spori za neku drugu upotrebu osim za dugoročno čuvanje podataka). Računari sa postojanom RAM memorijom ne bi gubili vreme na učitavanje sistema po uključivanju računara. Nekoliko tehnologija se takmiči u postavljanju standarda za brzu, postojanu memoriju. Najpoznatija je magnetska RAM, koju razvijaju IBM i Motorola. Ostale su zasnovane na polimerima ili metalnim legurama nazvanim halkogenidi, koje menjaju oblik pod uticajem električnog polja. Sada je u igri i novi igrač - Nantero sa ugljeničnim nano-cevima.
Kompanija Nantero je osnovana 2001. godine nakon susreta Grega Šmergla (Greg Schmergel), sadašnjeg predsednika kompanije, i dva hemičara: Dr. Tomasa Rukesa (Thomas Rueckes) i Dr. Brenta Sigala (Brent Segal). Naučnici su imali ideju za izradu nanoelektromehaničke memorije (tzv. NRAM), tj. memorije sa pokretnim delovima, dimenzije kojih se mere u nanometrima. Ova ideja je bila prilično radikalna, kad se zna da je poslednja računarska komponenta sa pokretnim delovima dizajnirana pre više od 50 godina. Nanterov prototip memorijskog čipa sastoji se od dve paralelne silikonske pločice smeštene jedna iznad druge na rastojanju od oko 100 nanometara. Na gornju pločicu nanešene su nano-cevi (brojeno u milijardama molekula). Slaba struja dovedena na jednu tačku donje pločice izaziva privlačenje nekoliko desetina nano-cevi. Između privučenih nano-cevi, koje sada vise sa jednim krajem pričvršćenim na gornju pločicu, i površine druge pločice javljaju se na ostvarenoj udaljenosti međumolekulske privlačne sile (Van der Waals-ove). Privlačne sile zadržavaju nano-cevi u istom položaju i po isključivanju spoljnog izvora struje i samo dodatna primena struje može da vrati nano-cevi u prvobitan položaj. Na taj način, grupa nano-cevi deluje kao memorijski element, čuvajući jedan bit (jedinicu ili nulu) binarnog koda kojeg računar koristi za svoj rad. Ako je na određenoj tački između slojeva uspostavljen spoj, bit odgovara jedinici. Ako nije, radi se o nuli. Kako svaki spoj formira više nano-cevi, obezbeđena je zaštita protiv katastrofalnih grešaka u čitanju bitova. Pločice su smeštene veoma blizu, što znači da se podaci mogu brzo prenositi sa mesta na mesto. Nanterova nova memorija može očitati ili upisati bit za polovinu nanosekunde (milijarditog dela sekunde). Najbolji RAM čipovi, sa druge strane, zahtevaju 10 nanosekundi za slične operacije.
Više firmi je pokušalo da napravi ovakav čip, jedino je Nantero u tome uspeo. Naime, za funkcionisanje čipa neophodno je da su sve nano-cevi na pločici orjentisane u istom smeru. Dok su ostali pokušavali da od samog starta formiraju sloj ispravno orjentisanih cevi, Nantero je primenio manje elegantni pristup. Na silikonsku pločicu se prvo nanose nano-cevi ne vodeći računa o orjentaciji, zatim se primenom dobro poznate i uhodane litografske tehnike uklanjaju sve pogrešno usmerene cevi. Proces je upotrebljen samo za pravljenje matrice od 10 gigabita, ali se lako mogu napraviti veće. Glavna promenjiva koja trenutno kontroliše veličinu matrice je rezolucija postojeće litografske opreme. Firma se nada da će prototipsku partiju izbaciti na tržište za oko godinu dana. Vrednost tržišta za svoj tip memorije Nantero procenjuje na oko 100 milijardi dolara godišnje.
Očekuje se da će NRAM imati široku primenu, ne samo u računarima, već i u mobilnim telefonima, organajzerima, MP3 plejerima, serverima i u svim zamislivim elektronskim uređajima.
Godine 1965., Gordon Mur, jedan od osnivača Intela, postavio je zakon koji kaže da će se broj tranzistora na čipu udvostručavati svakih 18 meseci. Sa obzirom na ograničenja silikonske memorije, mnogi su predviđali da će zakon prestati da važi do 2010. godine. Nanocevi možda dolaze u pravom momentu da zamene silikonske tranzistore i spasu Murov zakon.