Cookies op Tweakers

Tweakers maakt gebruik van cookies, onder andere om de website te analyseren, het gebruiksgemak te vergroten en advertenties te tonen. Door gebruik te maken van deze website, of door op 'Ga verder' te klikken, geef je toestemming voor het gebruik van cookies. Wil je meer informatie over cookies en hoe ze worden gebruikt, bekijk dan ons cookiebeleid.

Meer informatie

Door , , 48 reacties

Onderzoekers hebben schakelaars ontwikkeld die transistors zouden kunnen vervangen onder zware omstandigheden. De micromechanische onderdelen zouden beter tegen warmte en straling bestand zijn dan de solid state tegenhangers.

De micro-elektromechanische schakelaars die de onderzoekers van de Case Western Reserve-universiteit ontwikkelden vormen een zogeheten mems-apparaat. De schakelaars zijn enkele honderden nanometers groot en kunnen functioneren onder omstandigheden waar halfgeleidertransistors dermate veel elektronen lekken dat ze niet meer goed functioneren. De mems-transistors kunnen temperaturen tot 500 graden Celcius weerstaan en ook grote hoeveelheden straling zou geen probleem zijn. Halfgeleidertransistors functioneren bij omstreeks 250 graden Celcius niet langer.

Daarmee zouden de mechanische transistors in de ruimtevaart gebruikt kunnen worden, maar ook in aardse apparatuur als motoren en grondboren. De drie onderzoekers van de Amerikaanse universiteit, Te-Hao Lee, Swarup Bhunia en Mehran Mehregany, vervaardigden de taaie transistors door siliciumcarbide. Door middel van e-beam-lithografie werden de schakelaars uitgeëtst.

Vervolgens werden de schakelaars als inverter, een van de logische bouwstenen van computers, geconfigureerd. De inverters of 'not-poorten' konden een half miljoen maal per seconde schakelen, goed voor een 'kloksnelheid' van 0,5MHz dus. De volgende stappen die de onderzoekers willen nemen is het ontwikkelen van geheugencellen die uit de mems-schakelaars worden opgebouwd. Ook willen ze de schakelsnelheid verhogen en de levensduur verlengen: na zo'n twee miljard keer schakelen, begeven de schakelaars het.

Babbage difference engine

Lees meer over

Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (48)

dus, back to basics?
nog even en ze her-ontdekken de mechanische computer ... maar dan "heel klein" :p
"We made a building block," Bhunia said. "Next, we're trying to make memory. If we can combine them, we can build a computer."
dus, back to basics?
nog even en ze her-ontdekken de mechanische computer ... maar dan "heel klein" :p
[...]
Wat één groot, maar dan ook HEEL groot voordeel heeft:

De huidige transistortechniek (TTL, CMOS, *MOS) kan vanwege zijn aard alleen inverterende schakelingen maken. Een NAND poort kun je dus bouwen met 2 transistorparen, een AND-poort niet. Wat de chips op het moment (relatief) groot maakt

Voor geheugencellen is een inverterende schakeling handig, omdat je gratis negatieve feedback hebt en daardoor een flip-flop krijgt die maar in 2 stabiele toestanden kan staan. Zo is uiteindelijk het SRAM ontstaan, wat je nu nog in de cache van je CPU terugvindt.

Voor rekentoepassingen en DRAM is een inverterende schakeling weer minder geschikt, een ALU met niet-inverterende schakelingen kan daarom ook een stuk kleiner (en daardoor efficïenter) zijn dan een inverterende ALU. Met MEMS devices kun je een niet-inverterende logische schakeling makkelijk maken, sinds het niks anders zijn dan microscopische relais.

Verder is het ook nog eens erg nuttig voor analoge schakelingen, waar transistoren soms ook niet bepaald handig zijn. Denk aan het muten of selecteren van een input op een AV-apparaat.
Ik zie dit eerlijk gezegd nooit commercieel of zelfs in de praktijk terecht komen. Je hebt evidente nadelen zoals klok (want daar doet me het aan denken ;) ) snelheid en levensduur die in de weg zitten, maar ik denk dat je niet zomaar een paar miljoen 'tandwieltjes' kan gaan etsen uit een stuk silica. Plus niemand heeft het over het formaat; het zou me niet verbazen dat een tandwiel chip die iets kan uitrekenen op een bruikbaar tempo ook daadwerkelijk fysiek past op de plek waar de temperaturen zo hoog zijn...
De eerst commercieel verkrijgbare op transistoren gebaseerde CPU (de Intel 4004) had een kloksnelheid van 740 kHz. De 500 kHz van deze schakelaars zit daar niet ver onder, en is nog geen commercieel product.
Daarnaast is formaat lang niet altijd belangrijk.
Een schakelaar op 500kHz maakt nog geen processor op 500kHz. De maximale snelheid van een processor is afhankelijk van het langste combinatorische pad, en dat is hopelijk langer dan 1 schakelaar ;)
Een processor op 500kHz wil niet zeggen dat alle schakelaars op die snelheid gebruikt moeten worden. In een reguliere processor worden ook niet alle registers elke klokcyclus veranderd. En lang niet alle cache/geheugen circuits wijzigen iedere klok cyclus. Het zou dus zomaar kunnen dat je met 500kHz schakelaars een 2MHz CPU kan bouwen.
@scsirob: Je kan geen 2 MHz CPU bouwen met schakelaars/transistoren die maar 500 kHz kunnen.

@nextor: Helemaal gelijk, je klok moet altijd een héél stuk langzamer zijn dan de snelste transistor in verband met setup en hold tijden.
het is slechts een kwestie van tijd tot dit ding een maand mee kan geen en op 100mhz draait en dan is het goed genoeg voor in de ruimtevaard (waar men nu nog altijd met pre- pentium 1s werkt.. (naar het schijnt)
Dat ligt eraan wat je verstaat onder commercieel. Als je bedoelt dat ze de huidige transistors gaan vervangen in onze computers, telefoons en andere mainstream producten denk ik dat je gelijk hebt. Iedereen heeft het hier over de kloksnelheid als reden hiervoor, maar een veel belangrijker aspect is massaproductie. E-beam lithografie is daar gewoon nog niet geschikt voor. Hiermee kan nooit de productie capaciteit gehaald worden die met de huidige lithografie machines gehaald wordt.

Verder wordt ook gezegd dat de transistoren enkele honderden nanometers groot zijn. Dit is echt vele malen groter dan de huidige transistors en dus ook een reden waarom dit nog niet de huidige transistors zal vervangen.

Echter er is hier wel een niche-markt voor, zoals ook in het artikel staat. Dus o.a. voor ruimtevaart en grondboren. Daar kan het wel commercieel voor gemaakt worden. Ik weet niet wat de benodigde levensduur en kloksnelheid is, maar ik kan me voostellen dat voor kortlevende ruimtesondes deze transistoren heel geschikt zijn. Dus het kan wel degelijk een commercieel product worden. Het gaat er niet alleen om wat de mogelijkheden zijn, maar ook wat het toepassingsgebied is.
Dus na een kwartiertje op maximum snelheid is zo'n ding kapot. Het is een mooi beginnetje, maar bruikbaar dus nog niet bepaald ;)
Ik weet niet waar jij mee rekent, maar volgens mij is 2miljard (2000000000) gedeeld door een half miljoen (500000) toch echt 4000. Dus vierduizend seconden wat ongeveer overeenkomt met 1uur en bijna 7minuten.

Het is inderdaad nog veel te weinig voor een industriele toepassing, of laat staan de ruimtevaart. Maar dit zal ongetwijfeld (bij genoeg interesse, en dus geld) wel nog stukken verbeterd kunnen worden.
Ik zat te delen waar ik moest vermenigvuldigen, jouw sommetje klopt beduidend beter. M'n conclusie vind ik overigens nog wel gerechtvaardigd :+
Maar met schakelen bedoelen ze toch het veranderen, oftewel het schrijven van informatie. Dus dan zou je wel "onbeperkt" kunnen lezen, maar maximaal 2 miljard keer de data kunnen wijzigen? hmm, gaat dus niet om opslag, maar een CPU }:O

[Reactie gewijzigd door Dr C op 10 oktober 2010 01:14]

Het is een schakelaar en niet veel meer dan het lichtknopje van een lamp ;)
Je kunt dit gebruiken voor opslag en in een CPU. Het is echter geen van beide. ;)
Al het digitale gedoe in je pc (etc.) is uiteindelijk opgebouwd uit schakelaars. Vroeger gebruikten ze daar mechanische schakelaars (o.a. relais) voor, later buizen, tegenwoordig transistors en nu dus ook weer mechanische schakelaars.
Cirkeltje ook meteen mooi rond. :)
Bij mechanische werking komt natuurlijk ook mechanische slijtage kijken, ben dan ook benieuwd hoe lang de levensduur gerekt kan worden. Je kan namelijk met de toegepaste fabricage methode moeilijk gebruik maken van smerende middelen of materialen, de enige manier om de levensduur te rekken waarschijnlijk. Ook smerende middelen toevoegen op deze schaal zal waarschijnlijk de werking negatief beinvloeden.

Misschien dat de levensduur in eerste instantie ook nog niet zo belangrijk is. Als deze techniek gebruikt wordt voor noodsituaties, bv om te voorkomen dat een grondboor op hol slaat doordat de halfgeleidertransistors er mee stoppen onder de extreme omstandigheden. In zo'n geval kan men met de micro-elektromechanische schakelaars nog een schakeling maken die een off-switch ten alle tijden kan laat werken.

edit:

@ Jeroenathome: Ik vraag me af of trillingen etc. veel invloed hebben op deze schaal. Een voorwerp moet ook een zekere massa hebben om (schadelijk) mee te resoneren.

[Reactie gewijzigd door Vibhuti op 9 oktober 2010 14:18]

Wat Vibhuti zegt over een boor dat niet wilt stoppen onder extreme omstandigheden kan eigenlijk niet.
Een elektrische schakeling is zo opgebouwd dat het boor alleen kan draaien als er actief een signaal naar een magneetschakelaar wordt gestuurd. Zodra er iets kapot gaat (storing) valt altijd het signaal uit (aangezien dat de stuurstroom door verschillende componenten gaat). Dus valt de magneetschakelaar uit en dus het boor.
Een noodstop zit altijd als laatste in de schakeling van de stuurstroom. Dan kan alles op groen staan, maar dan werkt het boor niet omdat de noodstop nog bediend is.
Je hebt gelijk, ik bedoelde dan ook meer het niet reageren op commando's door storingen of dergelijke.
Je hebt gelijk, ik bedoelde dan ook meer het niet reageren op commando's door storingen of dergelijke.
Ja, en wat krijg je dan? Een situatie die je niet onder controle hebt. Rennen dus naar die noodstop! :Y)

Dat het nu in Hollywood zo is dat zo'n ding catastrofaal runaway gaat betekent niet dat het in het echt ook kan gebeuren.
"Een voorwerp moet ook een zekere massa hebben om (schadelijk) mee te resoneren."

Wat te denken van drukgolven?
Geld daar niet hetzelfde principe voor?
Is dit niet gewoon een miniatuur relais? Ik vraag mij af of dit dan een bistabiel (stand blijft ook zonder stroom behouden dus ook bruikbaar als geheugen) of een monostabiel (zonder stroom valt hij altijd terug naar één kant). Beide hebben hun voordelen.
En een nieuwe introductie voor memristors is geboren!
Is dit niet gewoon een miniatuur relais? Ik vraag mij af of dit dan een bistabiel (stand blijft ook zonder stroom behouden dus ook bruikbaar als geheugen) of een monostabiel (zonder stroom valt hij altijd terug naar één kant). Beide hebben hun voordelen.
Als je uitgaat van logische spanningen kunnen beide erg handig zijn. Maar er is iets leukers aan de hand: Die MEMS transistoren kunnen (in principe) ook analoge signalen schakelen.

Pak twee van die schakelaartjes en een condensator, en je hebt een analoge geheugencel. FPU's? Die zijn zóóó 1987 ;)
Hoe zit het dan met heftige trillingen? Het lijkt me niet de bedoeling dat er wordt geschakeld als je er een harde klap op geeft of laat vallen.
Hoe zit het dan met heftige trillingen? Het lijkt me niet de bedoeling dat er wordt geschakeld als je er een harde klap op geeft of laat vallen.
Dit soort vragen komen wel vaker langs bij artikelen over zulke zeer verfijnde mechanismen. De schakelaars zijn hier enkele honderden nanometers groot (fractie van een micrometer dus) en zullen lang niet genoeg massatraagheid hebben om door een schok/trillingen omgeschakeld te worden.
Één schok misschien niet, maar stel dat er resonantie gaat optreden heb je, lijkt me, nog steeds een probleem. Hoewel mijn fysische achtergrond niet sterk genoeg is om dit te onderbouwen, lijkt me dat dit toch wel een probleem zou kunnen gaan vormen.
Omdat het zaakje zo klein is, zal de resonantie frequentie verschrikkelijk hoog liggen.
De slaptste AFM cantilever die ik heb gebruikt, had een resonantie frequentie van 16kHZ. De meesten zaten veel hoger, in de richting van 50 tot 100kHz. En dat zijn dingen waarbij het bedoeld is dat ze resoneren!

Alles is mogelijk, maar in de praktijk zal het geen groot probleem zijn.
Geef jij een klap op je cpu of laat je deze vallen tijdens gebruik? :P
In het stuk ging het wel over motoren of underground boren dus bij trillingen kan ik me wel wat voorstellen. Goed punt dus.
Geef jij een klap op je cpu of laat je deze vallen tijdens gebruik? :P
Een mobiel apparaat neem ik aan...
..ben benieuwd of je de schakeling ook kan "horen" als er een paar honderd (duizend) tegelijk sluiten op dat minuscule niveau.

Een ouderwetse relais (nee, geen solid state relais ;) ) kast is meestal oorverdovend als alles lekker staat te schakelen.

[Reactie gewijzigd door IoorLTD op 9 oktober 2010 16:13]

..ben benieuwd of je de schakeling ook kan "horen" als er een paar honderd (duizend) tegelijk sluiten op dat minuscule niveau.

Een ouderwetse relais (nee, geen solid state relais ;) ) kast is meestal oorverdovend als alles lekker staat te schakelen.
Strikt genomen: Ja, er zijn mechanische onderdelen die heen en weer klapperen dus je zou ze moeten kunnen horen.

Maar in de praktijk zijn die onderdelen enkele nanometers groot en klapperen ze op een paar honderd kHz -- je zal dus een ultrasone toon ergens oppikken van hooguit één of 2 decibel boven achtergrondruis. Als je héél dichtbij komt. ;)

Een DLP beamer hoor je toch ook niet oorverdovend piepen als ie aan staat? :)
op zich zijn hier door de weerstand tegen een hoge temp genoeg toepassingen voor te bedenken die helemaal geen snelheid nodig hebben zoals wij consumenten (en zelfs wij hebben het over het algemeen niet eens nodig).
ik denk dat als dit zich kan bewijzen voor een langere levensduur we het in de industrie vaak zullen zien terugkeren.
Hij leeft misschien wel kort (1 uur en 7min), maar een begin is er wel.
Waarschijnlijk zal het 5/10+ jaar duren tot het stabiel genoeg is voor de marketing.

[Reactie gewijzigd door Xonarial op 9 oktober 2010 13:50]

Bedoel je voor productie? Marketing is meer de promotie en service van een product.
Fout, marketing betrekt voornamelijk onderzoek naar markten en het afstemmen of maken van producten voor deze markt. Met maken bedoel ik o.a. het bedenken van een goed of service, niet de productie daarvan. Het feit dat je daar al bestaande uitvindingen of concepten als deze schakelaar bij gebruikt doet er niet toe.

[Reactie gewijzigd door hexeye op 10 oktober 2010 01:14]

De marketing heeft er zelf weinig mee te maken, maar volgens mij bedoel je gewoon op de markt zetten. Marketing is het verkrijgen van de markt, een groot aandeel daarin of je product op de juiste manier verkopen. Nogal een verschil...
De marketing heeft natuurlijk heel veel mee te maken. Marketing van een dergelijk product met een levensduur van slechts 67mins wordt simpelweg heel moeilijk. Xonarial heeft dus gewoon gelijk.

[Reactie gewijzigd door Yokozuna op 9 oktober 2010 18:35]

Ik denk dat dit nieuwbericht aangeeft dat ook al heeft het product een levensduur van 67 minuten het al stabiel genoeg is voor marketing. Het is nu al een prima marketing tool voor de universiteit en de mensen die daar werken. Ook denk ik dat men met deze schakeling weer geld zal krijgen voor verder onderzoek.

De marketing machine rondom dit product draait dus op volle toeren en lijkt zeer succesvol getuige het feit dat het product hier besproken wordt ;)
Het punt is dat dit product nog totaal niets met marketing te maken heeft gezien niemand het op de markt Wil zetten, puur omdat het nog in experimentele fase is.

Wat wel een probleem is is dat het voor de markt nog bijna geen waarde heeft i.v.m. korte levensduur. En dat is wat Xonarial waarschijnlijk probeerde aan te geven.
Wat een eindeloos stom gezwam over die levensduur zeg.

Zo'n component ga je natuurlijk niet op 0,5 MHz bedrijven. Die specificatie geeft aan hoe snel hij kan schakelen (2 microseconden).

In werkelijkheid bedrijf je dat component misschien op 1 schakelaktie per seconde of per minuut of per dag. En dan is de levensduur opeens vele maanden of jaren.

[Reactie gewijzigd door joopv op 10 oktober 2010 22:35]

Zoek jij maar eens goed op wat marketing precies inhoudt voordat je anderen de les leest...en nee, ik ga het niet zeggen.
Ik wou het bijna verklappen, maar ik zal me bij je aansluiten.
Sorry, ik bedoelde echt op de markt zetten. Ik weet niet hoe ik dat heb kunnen verwarren :S.
Dan krijgen we straks ook een transistor met contactdender ?

Op dit item kan niet meer gereageerd worden.



Apple iOS 10 Google Pixel Apple iPhone 7 Sony PlayStation VR AMD Radeon RX 480 4GB Battlefield 1 Google Android Nougat Watch Dogs 2

© 1998 - 2016 de Persgroep Online Services B.V. Tweakers vormt samen met o.a. Autotrack en Carsom.nl de Persgroep Online Services B.V. Hosting door True