Znanstvenici diljem svijeta rade na razvoju nove generacije tehnologija za izradu čipova pa se čini da su silicijskim čipovima dani odbrojani. Na vidiku je nanoelektronika, koja nudi izgradnju krugova na molekularnoj razini. Nije izazov samo ugurati više sklopki na mikroprocesor, već ih brzo i jednostavno paliti i gasiti.

Na Sveučilištu Stanford grupa Robust Systems, pod vodstvom bivšeg Intelova inženjera Subhasisha Mitre, radi na novoj sklopki nazvanoj ugljikov nanovodič učinka polja (CFNET). “Mislimo da će, ako uspijemo smjestiti nanocijevi na razdaljini od nekoliko nanometara, novi čip nadmašiti onaj silicijski”, smatra Supratik Guha, voditelj istraživanja u IBM-ovu Laboratoriju Thomas Watson. Kako bi načinili prototip, znanstvenici sa Stanforda najprije su kemijskim putem na podlozi od kvarca uzgojili milijarde ugljikovih nanocijevi, od kojih je svaka široka otprilike 12 atoma. Cijevi premazuju ultratankim slojem zlata, a potom ih pomoću komadića ljepljive trake podižu i prenose na pločicu od silicija. Po prvi se put krugovi ne spajaju svjetlosnim zrakama, već se barem djelomično “sami sastavljaju”. Ultratanke žice načinjene od ugljikovih nanocijevi polažu se putem kemijskog postupka, a to je prvi korak u stvaranju računalnog kruga. Tim putem nastaju nanokrugovi koji su znatno manji i koriste se znatno manjom snagom nego najnapredniji silicijski računalni krugovi današnjice. Uz metodu urezivanja svjetlošću najmanji dio poluvodiča trenutno sadrži 32 nanometra, a Intel i IBM polažu velike nade u nanotehnologiju, naročito nakon što se poluvodički dijelovi smanje na sedam nanometara, a to bi se moglo dogoditi 2017. S obzirom na to da se u standardne računalne krugove uklapa sve više tranzistora, napajanje iz njih počinje curiti, što stvara višak topline. Za to se znalo još prije deset godina, kad je Patrick Gelsinger, tada voditelj razvoja tehnologije u Intelu, upozorio da će, ako se taj trend nastavi, čipovi mikroprocesora do 2011. dosegnuti temperaturu sunčeve površine. Kako bi to spriječili, tvrtka je poduzela “nagli zaokret udesno”, tj. povećala brzinu dodavanjem paralelnih računalnih mogućnosti umjesto da povećava frekvenciju čipa. No i takav pristup ima ograničenja.

Ove su godine znanstvenici sa Sveučilišta u Washingtonu i iz Microsofta upozorili na tzv. “mračni silicij”. S obzirom da toliko procesora počiva na jednom čipu, nemoguće je svima istovremeno omogućiti napajanje pa neki tranzistori ostaju bez energije ili, u industrijskom žargonu, u mraku. Taj problem naročito muči tvorce superračunala, koji do 2019. žele izgraditi sustav koji je 1000 puta brži od najbržih računala današnjice. Kad bi se koristili postojećim komponentama, za to bi im trebalo od 10 do 100 milijuna procesora, danas se upotrebljava gotovo milijun, a potrošnja bi premašila milijardu vata. Mitra sa Sveučilišta Stanford priznaje da je tehnologija ugljikovih nanocijevi “i dalje manjkava”. No znanstvenici iz HPova laboratorija najavljuju da će uskoro komercijalizirati novu tehnologiju poluvodljivosti na temelju kružnog elementa “memristora”, koji može zamijeniti tranzistore, a za početak će se nalaziti u memorijskom čipu koji bi mogao zamijeniti “flash” i DRAM memoriju. U Raspravama Državne akademije znanosti znanstvenici su ranije pisali o razvoju nove metode za pohranjivanje i dohvaćanje podataka iz golemog trodimenzionalnog niza memristora. To bi programere moglo osloboditi od dosadašnjeg slaganja tisuću sklopki te otvoriti put prema novoj vrsti računala ultravelike gustoće. Na predavanju na Stanfordu Stan Williams, fizičar koji vodi projekt u HPu, rekao je da se njegov tim usmjerio na novi tip poluvodljivog materijala, titanijev dioksid, koji bi mogao stati uz bok siliciju. “Dovoljno je reći da nećemo morati čekati da nam stignu mračna buduća vremena”, istaknuo je. “Neće nam za ovo trebati deset godina.” Williams smatra da bi memristor mogao imati prednost pred standardnim tranzistorima u pogledu veličine i napajanja, naročito kod logičkih uređaja poput mikroprocesora. Za razliku od toga, HPova tehnologija nije kolebljiva – dovoljno je omogućiti napajanje kako bi se promijenilo stanje sklopke i očitala njezina vrijednost. I ona se, baš kao i ideja o ugljikovim nanocijevima, tiče trodimenzionalnih struktura. “Ovakvo nešto tehnologijskoj zajednici izmiče već 30 godina”, smatra Williams.

John Markoff