Um salto nanométrico para trilhões de transistores

O cientista de pesquisa da IBM Qing Cao desenvolve uma maneira de ligar nanotubos de carbono


Cientistas e engenheiros não precisam usar pranchas de madeira na Times Square declarando "O fim da Lei de Moore está próximo". Todos eles sabem que os chips de computador baseados em silício logo deixarão de aumentar em velocidade e diminuirão de tamanho. Um desses cientistas, Qing Cao da IBM, pode ter encontrado a resposta alternativa ao silício nos nanotubos de carbono - folhas enroladas de carbono que podem conduzir melhor os sinais elétricos em uma escala muito menor do que o silício.

Cao, que foi reconhecido como um pioneiro com menos de 35 anos pela MIT Technology Review este ano, descobri uma maneira de alinhar os CNTs e, em seguida, fundi-los em minúsculos fios conectores de metal. Isso significa que eles podem ser dimensionados para o tamanho dos chips de silício de hoje e, eventualmente, substituí-los nos computadores de amanhã. Cao explicou como ele conseguiu alinhar nanotubos em matrizes e, em seguida, soldar átomos de metal ao final de um nanotubo de quatro átomos de largura no TR desta semana EmTech em Cambridge, MA. Conversei com Cao para dar uma olhada nano em sua palestra. *

* Atualização, 21/10/16:Assista à apresentação EmTech de Qing Cao na MIT Technology Review.

Qing Cao , IBM Research (crédito da foto:MIT Technology Review)

Qual é o limite do silício e como os CNTs vão além desse limite?

Qing Cao: Os chips de silício já possuem bilhões de transistores em 22 nm. Esses são os tipos de chips nos servidores de hoje. E nós mostramos que 7 nm é possível. Mas a capacidade do silício termina em cerca de 5 ou 6 nm quando atinge a parede da mecânica quântica. Os nanotubos de carbono, no entanto, com seu tamanho intrinsecamente pequeno - cerca de 1 nm, ou apenas quatro átomos de largura - nos permitem chegar a um nó de 5 nm ou mais. Nessa escala, os transistores CNT poderiam operar duas vezes mais rápido em comparação com o silício, consumindo menos da metade da energia.

Por que ainda não conseguimos construir chips CNT?

Qing Cao , IBM Research (crédito da foto:MIT Technology Review)

QC: Quando mudamos para dispositivos menores, os conectores precisam encolher ao mesmo tempo. Mas a redução do tamanho do conector de metal, abaixo de 10 nm, aumenta drasticamente a resistência e, portanto, mata o desempenho do dispositivo. Nós - minha equipe no Thomas J Watson Research Center e eu - desenvolvemos uma forma de conectar a extremidade dos CNTs a um fio de molibdênio por meio de fortes ligações químicas, e verificamos, neste caso, que a redução da dimensão do conector não comprometerá desempenho do dispositivo, mesmo se o tamanho dos conectores de metal encolher para apenas 40 átomos de largura ou até menos.

Depois de resolver o problema do conector, ainda precisamos de um wafer de CNT para construir os chips de CNT. Minha equipe desenvolveu uma maneira de automontar nanotubos em matrizes alinhadas lado a lado em wafers. Ser capaz de montar matrizes de CNT em um wafer e, em seguida, conectá-los com minúsculos fios metálicos com perda resistiva mínima significará chips menores em velocidades mais rápidas do que o silício - e a continuação da Lei de Moore.

Quando você acha que esses chips chegarão aos nossos computadores e dispositivos?

QC: Acho que esses dispositivos de nanotubos surgirão em produtos nos próximos 10-15 anos e ajudarão a sustentar a Lei de Moore por pelo menos os próximos 20 anos. Eventualmente, queremos embalar 1 trilhão de transistores em um processador (isso é mais do que o número de estrelas na Via Láctea!)