Die Computer, die wir im Alltag mehr und mehr benutzen, basieren auf der Silizium-Technologie. Diese klassische Bauart für Elektronikbauteile und Mikrochips stößt aber mehr und mehr an ihre Grenzen. Die Grenzen der Produktionsmethoden und quantenphysikalische Störeffekte werden bald dazu führen, dass keine weitere Miniaturisierung mehr möglich ist. Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben nun eine Alternative entwickelt: Ihr Nanoröhren-Rechner ist der bisher leistungsfähigste Computer, der nicht auf der Silizium-Technologie basiert.


Bild: Shulaker et al. / MIT

Rechner aus Nanoröhrchen

Schon seit längerem suchen Forscher weltweit nach Alternativen für die klassischen Silizium-Computer. Aktuelle Ansätze beinhalten Bauteile aus Graphen oder Moybdändisulfid. Auch Computer aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind keine neue Idee. Bisher gab es dabei aber ein Problem: „ Doch wie bei allen neuen Nanotechnologien blieb eine große Lücke zwischen diesen Demonstratoren in kleinem Maßstab und modernen Computersystemen mit tausenden bis Milliarden von Feldeffekt-Transistoren„, so Greg Hills, der die Arbeit am MIT leitet.

Gemeinsam mit seinem Team gelang es Hill, diese Lücke zu schließen. Die Forscher konnten einen Computer bauen, der komplett aus kleinen Nanoröhrchen besteht, es in Sachen Leistung und Funktion aber mit älteren Silizium-Prozessoren aufnehmen kann. Das Team taufte die Entwicklung auf den Namen RV16X-NANO. Von der Leistungsfähigkeit entspricht der Rechner einem Intel 80386-Prozessor aus dem Jahr 1985. Der Nano-Rechner führt 32-Bit-Befehle aus und kann kompilierte Programme laufen lassen.


Als erster Test des Rechners kam ein weltbekanntes Programm zum Einsatz, das die Botschaft „Hello World!“ ausgibt. Dieses wurde Anfang der 1970er Jahre entwickelt und ist bis heute der klassische Test für die Funktionsfähigkeit eines Computers.

Bis zur Marktreife wird noch Zeit vergehen

Der Rechner besteht aus mehr als zehn Millionen Nanoröhrchen aus Kohlenstoff. Die Röhrchen wurden von den Forschern ungeordnet auf einer Halbleiter-Waver-Unterlage platziert. Anschließend versetzten die Forscher die kleinen Röhrchen mit Metalloxiden, um Halbleiter aus ihnen zu machen. „ Die energieeffiziente CMOS-Architektur erfordert dabei sowohl n- als auch p-dotierte Nanoröhrchen mit kontrollierbaren Eigenschaften„, erklären die Forscher. Dieses Ziel erreichten die Forscher, indem sie die Oxide räumlich präzise ablagerten. Das Ergebnis waren 14.000 Nanoröhrchen-Transistoren, die alle zusammen einen 16-Bit-Prozessor bilden.

Dies ist das größte elektrische CMOS-System, das je aus Nanotechnologie jenseits des Siliziums realisiert wurde. Diese Arbeit demonstriert damit einen gangbaren Weg hin zu praktisch nutzbaren, nichtsiliziumbasierten Elektroniksystemen„, fassen die Forscher ihre Arbeit zusammen.

Bis zu einem marktreifen Nanoröhren-Rechner wird es aber noch eine Weile dauern. So kann der aktuelle Rechner, auch wenn es sich um eine bedeutende Errungenschaft handelt, keineswegs mit modernen Silizium-Computern mithalten. Um dies zu erreichen, müsste die Dichte der Nanoröhrchen drastisch erhöht werden.

via Nature

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