Il computer a nanotubi più avanzato al mondo potrebbe mantenere viva la legge di Moore

Da vicino la fotografia del nanotubo Felice Frankel

Un team di accademici del MIT ha svelato il chip più avanzato al mondo ancora realizzato con nanotubi di carbonio, cilindri con pareti larghe un singolo atomo di carbonio. Il nuovo microprocessore, in grado di eseguire un programma software convenzionale, potrebbe rappresentare un'importante pietra miliare sulla strada per trovare alternative al silicio.

L'industria elettronica sta lottando con un rallentamento nella legge di Moore, secondo la quale il numero di transistor che possono essere inseriti in un processore al silicio raddoppia all'incirca ogni due anni. Questa tendenza sta affrontando i suoi limiti fisici: poiché le dimensioni dei dispositivi si riducono a pochi atomi, la corrente elettrica inizia a fuoriuscire dai canali metallici che la trasportano attraverso i transistor. Il calore che viene rilasciato riduce l'efficienza energetica dei semiconduttori e potrebbe persino causarne il guasto.

I nanotubi di carbonio potrebbero essere la soluzione perfetta. Non solo i transistor a nanotubi sono più veloci di quelli in silicio, ma gli studi hanno scoperto che i chip realizzati con nanotubi potrebbero essere fino a dieci volte più efficienti dal punto di vista energetico. Questo aumento di efficienza potrebbe prolungare significativamente la durata della batteria dei gadget elettronici.

I ricercatori hanno lavorato per decenni su chip alternativi che coinvolgono le molecole, ma i mal di testa della produzione hanno tenuto i processori bloccati nei laboratori di ricerca. In un documento pubblicato su Nature, il team del MIT afferma di aver trovato il modo di superare alcuni dei maggiori ostacoli alla loro produzione su larga scala.

Mischiato

Un problema è che quando vengono prodotti i nanotubi di carbonio, sono di due tipi mescolati tra loro: i primi sono semiconduttori perfetti per creare circuiti integrati, ma il secondo conduce corrente elettrica come un filo, che assorbe più potenza e può persino minare il circuito prestazione. Per rendere i chip economicamente sostenibili, è necessario un modo conveniente per ridurre al minimo l'impatto di quest'ultimo gruppo.

Un altro problema è che per realizzare i chip, è necessario depositare un monostrato uniforme di nanotubi di carbonio su un wafer. Ma questo si è rivelato difficile da fare perché i nanotubi hanno una fastidiosa tendenza a raggrupparsi insieme. Un fascio di loro che atterra su un transistor può metterlo fuori combattimento.

Queste e altre sfide hanno incuriosito Max Shulaker, un professore del MIT che ha lavorato su altri progetti importanti nel campo e ha ricevuto finanziamenti dalla US Defense Advanced Projects Research Agency sviluppare la tecnologia dei nanotubi .

Il gruppo di ricercatori che guida ha sviluppato un microprocessore funzionante a 16 bit costruito con oltre 14.000 transistor a nanotubi di carbonio che secondo Shulaker è il più complesso mai dimostrato. Le tecniche che hanno escogitato possono essere implementate con apparecchiature utilizzate per la produzione di chip di silicio convenzionali, il che significa che i produttori di chip non dovranno investire in costose nuove apparecchiature se vogliono realizzare processori a nanotubi.

Quando hanno esaminato il problema della mescolanza, i ricercatori hanno scoperto che alcuni tipi di porte logiche, che sono elementi costitutivi fondamentali dei circuiti digitali, erano più resistenti ai problemi innescati da nanotubi di tipo metallico rispetto ad altri. Ciò li ha portati a sviluppare un nuovo progetto di circuito che dia priorità a queste porte, riducendo al minimo l'uso di quelle metalliche più sensibili.

Per affrontare il problema del raggruppamento, hanno rivestito un wafer in un polimero e poi lo hanno lavato via con cura in più fasi. Questo ha rimosso i grumi di nanotubi, lasciando dietro di sé il monostrato necessario per far funzionare il chip in modo più efficiente.

La strada da percorrere

Il chip che i ricercatori del MIT hanno prodotto utilizzando queste tecniche è in grado di eseguire un semplice programma che produce il messaggio Hello, World. Ma se vogliono sostituire i processori al silicio, quelli in nanotubi di carbonio avranno bisogno di miliardi di transistor in modo da poter eseguire software avanzati.

Anche IBM, che alcuni anni fa aveva affermato di sperare che i chip di nanotubi di carbonio sostituissero quelli di silicio entro il 2020, sta lavorando a progetti che coinvolgono la tecnologia. Ma finora gli sforzi non sono riusciti a trovare un modo per tradurre le scoperte di laboratorio in una produzione pratica. I nuovi progressi rendono più chiara la strada per farlo. Non è più necessario alcun atto di fede, dice Shulaker.

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