IBM demonstreert grafeen-transistor op 26GHz

Onderzoekers van IBM hebben een transistor opgebouwd uit grafeen, een vorm van koolstof. Deze zogenoemde field effect transistor bereikte een schakelsnelheid van 26GHz.

De zeer hoge snelheid, volgens de IBM-onderzoekers een record voor transistors die niet uit silicium zijn vervaardigd, werd vooral mogelijk gemaakt door de zeer hoge snelheid waarmee elektronen in grafeen kunnen bewegen. Het grafeen bestaat uit een enkele laag koolstofatomen die in hexagonale patronen gerangschikt zijn. Het kippengaas-achtige materiaal, ook voor te stellen als uitgerolde nanobuisjes of platgemaakte buckyballs, is bovendien in zeer kleine structuren te verwerken. De onderzoekers bouwden met het grafeen transistors met een gate-lengte van slechts 150nm.

Volgens de medewerkers van Big Blue zou het mogelijk zijn de fets nog sneller te laten functioneren: de lengte van de gates zou nog verder kunnen worden verkleind tot 50nm. Daarmee zouden snelheden in het terahertz-bereik in het verschiet liggen. In een volgende stap zouden de wetenschappers de grafeen-fet's in rf-schakelingen willen gebruiken. Het onderzoek maakt deel uit van het door Darpa gesponsorde Carbon Electronics for RF Applications, een onderzoeksprogramma dat de volgende generatie communicatie-apparatuur met koolstof-elektronica beoogt te ontwikkelen.

Reacties (33)

[thunderbird2k]

Voor een volledige digitale chip zijn zowel p- en nmost transistoren nodig. Waarschijnlijk zijn dit alleen nmost transistoren. Ten tweede het getoonde prototype heeft een gatelengte van 150nm terwijl tegenwoordig 45nm gangbaar is. Chips op 150nm zijn veel groter en dus veel duurder. Een van de bottlenecks in de huidige techniek is de lengte van bedrading (zorgt voor tijdvertragingen en een hoog energieverbruik) op 150nm zou dit een nog groter probleem worden. Al om al er is nog gigantisch veel werk te verzetten.

[Countess]

groter misschien maar met grafeen als grondstof ipv 100% puur silicium nog steeds potentieel een stuk goedkoper

[0rbit]

Ja de grondstof koolstof is goedkoper, maar daar moet je eerst buckybals van maken om die vervolgens plat te drukken. Grafeen is geen grondstof in die zin; het is een materiaal en in die vorm veel duurder dan een simpele plak silicium die je op macroscopische schaal kunt produceren.

Ze zullen nog heel wat af moeten klooien voor je een IC met grafeen kunt maken. Misschien een soort grondlaag waarop je buckyballs in de juiste geometrische formatie plakt om ze vervolgens plat te walsen met een uiterst preciese wals. Zoiets, of heel iets anders. Dit soort stappen zijn moeilijk vooruit te zien. Het zal er ooit nog wel eens van komen, maar tot die tijd; Toekomstmuziek. Net als de vele onzinnige posts hier over mobiele chips, controllers op 26GHz etc.

[Verwijderd]

De reden dat men de huidige processoren al tot 45nm gebracht heeft is toch wel omdat het verbruik sterk daalt, je minder warmte hebt die moet worden afgevoerd en ook dat je elektronen een kleinere afstand moeten overbruggen. Wat hier ook al gezegd is, is dat je nu het dure silicium kan vervangen door goedkoop koolstof dat werkelijk overal te vinden is.

Nu met dit grafeen zou de geleidbaarheid hoger zijn wat er op neerkomt dat de elektronen makkelijker hun weg vinden, dat ze minder last zullen hebben van wrijving en dit zal zich zo laten opmerken in minder warmte, wat op zich ook weer een voordeel is.

[thunderbird2k]

Het verbruik daalt dus niet erg meer juist, omdat andere factoren dominant worden (lengte draden -> deze verstoken erg veel), lekstromen in gates enzovoort. Er worden wel trucs bedacht dergelijke problemen op te lossen.

Puur een hogere klokfrequentie leidt niet tot echt snellere processoren. Als je nu een 386 op 45nm zou bakken zal de performance netto weinig toenemen. Dit komt, omdat er steeds meer trucs nodig zijn om de performance op te krikken (branch prediction, caches, SIMD-instructies, meerdere cores ...). Een snelle processor zal nog steeds honderden miljoenen transistoren nodig hebben (okee het meeste is voor cache). Een chip met transistoren met een gatelengte van 150nm is ten minste 10x groter als het niet meer (is onder de aanname van constante W/L-schaling). Een dergelijke chip is veel duurder. Grafeen moet wel veel goedkoper zijn dan silicium om dit te rechtvaardigen. Daarnaast zijn er nog veel meer nadelen. Stel dat iets wordt dan duurt het nog minstens 10 jaar voordat je het in je pentium zult zien.

[Verwijderd]

Volgens mij slaat dat 45nm op het oplossend vermogen van de belichter. Niet op de grootte van een gate. Een compleet onderdeel op 150nm is misschien dus best wel compact vergeleken bij de huidige techniek.

[wimwest]

Beste alcoholic, 45 nm is de gate lengte van de kleinste transistor in dat process!

[miw]

Met alleen NMOS transistoren kunnen prima werkende chips gemaakt worden. De eerste microprocessoren waren op NMOS gebaseerd. NMOS circuits gebruiken de helft van het aantal transistor ten opzichte van een equivalent CMOS circuit, maar verbruiken ook meer energie.

[Zjosh]

Ik denk dat dit soort dingen als eerste in de astronomie gebruikt zullen worden. Als ik soms hoor wat voor gekke dingen ze daar uithalen om zo veel mogelijk bandbreedte te krijgen, lijken mij deze transistors ideaal!

En wat ze zelf ook al zeggen, rf technologie op 26 Ghz, dat betekend dat de antennes nog een stuk korter kunnen. En natuurlijk nog een hogere doorvoersnelheid.

Is trouwens de schakelsnelheid van deze torretjes de enige verbetering op de oude? Ruststroom en al dat soort dingen wordt niet over gerept.

[Reactie gewijzigd door Zjosh op 24 juli 2024 06:31]

[blouweKip]

Ik denk dat iedere wetenschap waar ze veel data moeten verstouwen baat heeft bij sneller transistoren, maar het zal ongetwijfeld nog wel even duren voordat we dit in een bruikbaar product gaan terugzien.

[TeXiCiTy]

Laatst ook wat gehoord/gelezen van experimentele lasers voor korte pulsen die door deze zaken beperkt worden. Experimenteel wordt er al ontzettend lang meet grafeen gespeeld maar zolang er rek zit in silicium zal het zijn weg nog niet vinden in gebruikers-electonica.
Zijn grafeentransistors net zo low-noise te maken als siliciumtransistoren? Kloksnelheid is natuurlijk maar 1 van de vele variabelen die het interessant maken voor de wetenschap.
Edit: Schakeltijden van 100 femtoseconde (10^13 Hz = 10THz) zijn blijkbaar al mogelijk met bestaande technieken

[Reactie gewijzigd door TeXiCiTy op 24 juli 2024 06:31]

[blspjnl]

Leuke laser, alleen op een universiteit hadden ze er een pizza mee gesneden...

[InjecTioN]

lol, ik las grafsteen

maar dit zou dus betekenen dat de cpu's straks nòg sneller kunnen?? of heeft dit niets met CPU's te maken??

[mux]

Voorlopig lijkt het vooral met signaalversterking te maken te hebben, maar wellicht kan het later voor output stages worden gebruikt. Let wel dat het enkel een transistor is, je hebt ook nog condensatortjes nodig voor je een IC kunt bouwen die wat meer kan dan standaard 74** en 4*** serie spul En het moet kunnen worden geintegreerd met heel veel andere broertjes.

Ik weet het fijne niet van grafeen, misschien is bovenstaande allemaal al mogelijk en kan er idd in de toekomst met grafeen ipv silicium worden gewerkt in ICs.

[Verwijderd]

Het mooie is dat met een clocksignaal je al een heel eind kan komen met oscillators om condensatoren na te bouwen. Bovendien zijn je bitcellen van je RAM in feite ook niet veel meer dan een condensator met een transistor eraan om te lezen en schrijven. Condensatoren hoeven echt net groot te zijn, in feite is een loshangende draad boven een grondvlak ook al een condensator.

[Sissors]

Een condensator zal waarschijnlijk ook niet bepaald moeilijk te maken zijn met grafeen. Alleen waarvoor heb je uberhaupt condensatoren nodig bij ICs? Bij sommige wel ja, bij een CPU, waar hij naar vraagt, niet.

[wimjongil]

Grafeen is vooral handig voor Quantumcomputers

[AlexanderB]

..ook voor gewone computers..

(en mensen lezen iedere keer grafsteen als het spul weer es in het nieuws is, wanneer houden ze op het telkens te posten?)

[el.gee]

<quote>
Door wimjongil, maandag 22 december 2008 17:49

Grafeen is vooral handig voor Quantumcomputers
</quote>

een waarom erbij zou handig zijn...

[Reactie gewijzigd door el.gee op 24 juli 2024 06:31]

[mrlammers]

*ziet al quad cores met geintegreerde bridges en controllers met een interne klok van 26GHz*

[de_nille]

Lees dit eens, heb ik gehaald van een forum omdat ik niet veel zin had om het zelf uit te leggen


God, there are so many people talking out of their asses...
The transistors don't switch per CPU clock cycle, but the whole stage does.
Ex: CPU clock cycle x -> FPU is passed the numbers and what operation to execute
CPU clock cycle x+1 -> FPU output is taken as a result.
The frequency of the CPU is the frequency that the slowest stage can have and since a stage is composed of many transistors, the speed that an individual transistor can change state is much higher.
Max_trans_freq = Max_cpu_freq * depth_slowest_stage.
It should be over 100GHz for a transistor of the Core architecture but I have no idea what the value actually is

EDIT:http://www.intel.com/technology/itj/...scillators.htm Transistor delay measured by constructing a simple ring oscillator. Around 5ps delay per stage for 45nm HKMG at 1.1V => 200GHz

EDIT2: Also to clear another misunderstanding that many of you have. IBM obtained 350GHz on air and 500GHz on liquid helium a few year ago. Those were DEPLETION mosfets. Any complex circuit uses enhancement mosfets, which don't have a channel and require some temperature for thermal electron-hole pair generation. As a result any enhancement mosfet, so any CPU for that matter, will stop working below some temperature. Usually in modern Intel CPUs this is about -210-220. And below -250 they are permanently damaged. Liquid helium on a CPU will not work. We are lucky LN2 is fine. The coldbug does not happen because of this, but because of the 8-bit precision sensors. For example the temperature range may be -128 to +127. If you go below -128, there will be overflow and the sensor will see 100+ => shutdown. Why different CPUs coldbug at different temps? Well, in semiconductors a 20% precision is considered good so the sensor error varies greatly between CPUs

[wimwest]

quote: Around 5ps delay per stage for 45nm HKMG at 1.1V. Dat komt al behoorlijk in de buurt bij de bedradingsdelay. Omdat de metaalspoortjes ook erg smal zijn in 45nm technologie (metal1 minimum width = 65nm) wordt de weerstand hoger (metal2 = 0.25ohm/sq == 3.5ohm/um (metal2 width = 70nm). Terwijl de sporen dichter bijelkaar liggen dus de bedradingscapaciteit wordt hoger. Bij 30um bedrading (niet ongewoon) heb je dus 100 ohm weerstand. Als je dan een behoorlijk load hebt (b.v. 50fF), dan zit je al op ongeveer 0.5ps bedradingsdelay.

[SRI]

Denk dat voordat dit op de markt van processors is, mocht het daar komen de quad cores allang achterhaald zijn (maar nog steeds leuk speelgoed).

[Ziasod]

mobiele cpu's zoals voor telefoons misschien?

best chill als je eens in de 2 maand je smart mobiel moet opladen [*** waar is die rot addapter ook alweer, op wekelijkse basis raak ik die al vaak genoeg kwijt.]

[Finraziel]

Hoe kom je nou van dit bericht tot eens in de twee maanden je mobiel maar op hoeven te laden?

[SiliconError]

Ik dacht dat grafeen een of ander theoretisch 2D materiaal was, waar pas sinds kort van is bewezen dat het kan bestaan zonder dat het uiteen valt of oprolt (ofzoiets).
Het lijkt me sterk dat ze hier binnenkort al een hele processor van kunnen bouwen... 1 transistor is leuk maar voorlopig zien we hier niks van terug waarschijnlijk.

[AlexanderB]

is inderdaad pas n paar jaar te produceren, theoretisch bestaat het al tientallen jaren.
ik dnek dat we over 10-15 jaar toch wel de eerste consumentenproducten met dit spul erin hebben.. kijk maar terug hoe snel transistors (ipv buizen) overal waren toen die net uitgevonden waren..

[Amanoo]

En ik was tevreden over mijn E8400...
Dit ding is wel heel snel. Maar dit is natuurlijk nog geen eindresultaat.
En als ze er een processor van bouwen, dan moet je heel wat doen om ook maar een beetje merkbare overclock te krijgen lijkt me. 1THz erbij klinkt me ff wat lastiger dan 1 GHz, en ik heb gehoord dat dat al voor de betere OCers is.
Nou ja, misshien is dit ding zo efficient dat ie pas bij 3THz of zo erg heet wordt...

[boe2]

Het gaat dan ook om de schakelsnelheid van een simpele transistor, niet om de verwerkingssnelheid van een processor.

[Snoitkever]

Die snelheid zegt heel weinig. Sterker nog, gewone silicium transistoren zijn veel sneller. Ik weet zo dat in 2006 het record stond op 110GHz, en in de tussentijd kan dat makkelijk veel sneller zijn geworden. Het is knap dat ze dit voor elkaar krijgen hoor, maar silicium is nog steeds goedkoper, makkelijker en sneller.