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 , , 77 reacties

Onderzoekers van twee Amerikaanse universiteiten hebben een manier gevonden om grafeen in te zetten als transistors met diverse eigenschappen: afhankelijk van de situatie kunnen ze positieve of negatieve ladingdragers gebruiken.

Een transistor van silicium, het gebruikelijke materiaal in chips, moet worden gedoteerd om een positieve of negatieve lading te krijgen. Afhankelijk van de geïntroduceerde verontreinigingen in het silicium, zorgen elektronen of juist elektronengaten voor het transport van lading. De grafeen-transistors die de Rice- en Riverside-onderzoekers ontwikkelden, kunnen juist doorlopend schakelen tussen ladingdragers. Deze ambipolariteit is in siliciumtransistors niet te realiseren.

De ambipolariteit van de transistors stelt de grafeen-transistors in staat zich zowel als n- als p-type transistor te gedragen. Op het evenwichtspunt tussen elektronen en elektronengaten als ladingsdragers fungeren de transistors niet langer als normale schakelaars, maar als frequency multiplier. Een enkele grafeen-transistor kan op die manier de functies van meerdere siliciumtransistors overnemen.

De verantwoordelijke Rice-onderzoeker Mohanram gaf bovendien aan dat de productie van grafeen-transistors grotendeels compatibel is met siliciumtransistors. Wel is de productie een stuk gevoeliger: de transistors zijn bijzonder gevoelig en beschadigingen beïnvloeden de prestaties nadelig.

Ambipolaire grafeen-transistors
Moderatie-faq Wijzig weergave

Reacties (77)

Voor de mensen die nu denken dat IBM m.b.v. grafeen 100Ghz cpu's zou kunnen maken zie Deze link naar een artikel op The Register

Quote:
Update
This article did not note that the cut-off frequency, or switching speed, of an individual transistor is faster than the clock rate of a microprocessor composed of such transistors, which is typically an order of magnitude or more lower. The Reg regrets the lack of clarity.


Hierin valt dus te lezen dat niet de klokfrequentie van de processor zelf, maar de schakelsnelheid van de transistor 100Ghz is, terwijl de grens bij siliciumtransistors op 40Ghz ligt. Dit zou dus theoretisch (denk ik dan) inhouden dat de kloksnelheid 2.5x te verhogen zou kunnen zijn.
Alsnog een gigantische sprong voorwaards en gezien dit nog maar een eerste proef is zal er nog veel meer ruimte voor verbetering zijn maar toch is het belangrijk om de term "100Ghz" in deze context goed te begrijpen.
"Grafeen is een enkellaagsvlak van koolstofatomen."

Een van de eerste stappen richting "carbon computing".
Aan de RuG is men hier ook een beetje mee bezig. Blijkbaar vinden scheikundigen het nodig om van koolstof transistors te bouwen. Wie weet is er ooit een nuttige toepassing voor.
Eén van de voordelen van grafeen is dat de elektronen, omdat het een enkellaagsvlak is, maar in twee dimensies kunnen bewegen. Hierdoor bewegen ze sneller, en ik geloof dat er nog minder sprake is van lekstroom ook. Wel een probleem is dat grafeen van zichzelf geen 'band gap' heeft, kan niet opmaken uit dit artikel of de wetenschappers het grafeen eerst moeten verontreinigen om dit te genereren of er een manier omheen hebben gevonden.
Wat is carbon computing? Ik kan hier namelijk niks over vinden op google

Of bedoel je quantum computing? Maar dat is iets totaal anders.
Wikipedia heeft alleen een of ander API van Apple voor de Macintosh...

OT: Wikipedia zegt ook dat grafeen zo'n 100 keer sneller geleid dan silicium. Ik weet niet of we nu al tegen de maximale geleid-snelheid (is dat een woord?) zitten van silicium?
De elektronen in een gemiddelde metallische stof bewegen zich maar met gemiddeld 0.1 mm/s (!) De elektronen in grafeen gaan vele malen sneller door de bijzondere elektronenstructuur van grafeen. Dit is enerzijds een nadeel maar anderzijds ook een groot voordeel voor dingen als halfgeleidertoepassingen.
nah, onzin. In koper kunnen elektronen zich bewegen met de helft van de snelheid van het licht. dat is zo'n 150.000 km/s. kan me niet voorstellen dat Silicium zo slecht geleid.
Onzin. De driftsnelheid van elektronen in koper bedraagt iets van een 20cm/minuut (iets minder zelfs meen ik me te herinneren). Verder sluit ik me perfect aan bij ncoesel
Ja, nee, dat verklaart ook waarom processors kunnen worden overgeklokt tot 6GHz...

reken maar uit: een elektron moet vanaf de ene zijde van de die in principe naar de andere kunne komen in een enkele kloktik. bij 6GHz is dat dus 1 op 6000000000-ste seconde (6GHz = 6000 MHz = 6 000 000 kHz = 6 000 000 000 Hz. 1Hz is 1 trilling per seconde).
De die is (even een P4 genomen) 145mm². best case scenario is dat dus 12,0mm × 12,0 mm. Dan de twee uiterste berekenen:
A² + B² = C², 12,0² + 12,0² = C²
144 + 144 = C²
288 = C²
Wortel uit 288 = 17,0. Dus de afstand die hij moet kunnen afleggen, is 17,0mm in één tik.
17,0 : 1/6 000 000 000 = 102.000.000.000 mm/s, 102.000.000 m/s, dus 102.000 km/s. aangezien de lichtsnelheid afgerond 300.000 km/s is, klopt het dus wel degelijk, de helft van de lichtsnelheid.
als we toch bezig zijn, is dus de maximale theoretische snelheid op een P4: we weten dat 6GHz op 102.000 km/s draait, de max is 150.000, dus 6,00 / 102 * 150 = 8,82GHz. met de 7GHz kom je dus echt al vreselijk ver. door de die te verkleinen kun je een grotere overclock mogelijk maken.
20cm/m? en jij noemt jezelf natuurkundig? ten eerste gebruik je geen minuten in de natuurkunde, seconden of uren, en 20cm/minuut? ik weet niet hoe traag jouw CPU is, maar de theoretisch maximale snelheid zou dan liggen op 200/17 = 11,8Hz... Chille comp man!
Het is slecht gesteld met de natuurkunde lessen tegenwoordig. Electronen bewegen helemaal niet snel door een geleider. Het potentiaalverschil plant zich snel voort door een geleider.

Neem een gevulde tuinslang. Als je de kraan open draait, dan komt er direct water uit het einde van de slang maar dat wil niet zeggen dat de watermoleculen die bij de kraan zijn direct uit de slang komen.
Het maakt niets uit hoe snel de elektronen bewegen. Van belang is de signaalsnelheid.
Niemand mee gekregen dat 2 weken geleden een semi-Nederlandse natuurkundige de Nobelprijs heeft gekregen voor de ontdekking van grafeen? (http://tweakers.net/nieuw...r-ontdekking-grafeen.html)

De unieke eigenschappen van grafeen, waaronder de zeer goede mobiliteit van elektronen in de kippengaasstructuur en de hoge mate van transparantie voor licht, maken een breed toepassingsgebied voor grafeen mogelijk. Tevens is het materiaal vele malen sterker dan staal.

Grafeen is dus geweldig spul: alhoewel transparant voor licht is het zo "dicht" dat Helium er niet doorheen kan. Het geleidt warmte zeer goed (3 keer beter dan koper) en kan een hogere stroomdichtheid aan (honderd miljoen ampère per vierkante centimeter). Als het mogelijk wordt om grafeen te gebruiken in transistors, dan wordt het mogelijk om chips anders te dimensioneren; sneller en kleiner te maken...
Kleine aanpassing, het gaat om zijn ontwikkelingen op het gebied van het gebruik van grafeen, niet de ontdekking van het spul... Grafeen is al een tijdje bekend als materiaal.
Verder met je eens :)
Het is heel sterk, als 1 atoom laag. Dan is het vergeleken met staal vele malen sterker. Echter bij meerdere lage is het helemaal niet sterk. Dan wordt het net als Grafiet
Het betreft hier allemaal elektrische signalen (lading verschillen) en de snelheid daarvan is afhankelijk van geleidbaarheid en weerstand van het materiaal waar het doorheen moet. Heeft weldegelijk met elektronen te maken. De snelheid van het signaal bepaal je daar namelijk zelf mee. Afstand, geleidbaarheid, bewegingsvrijheid en snelheid zijn daar volgens mij allemaal in verwikkeld.

[Reactie gewijzigd door chimnino op 15 oktober 2010 02:44]

Da's leuk, maar om een idee te krijgen hoeveel sneller het gaat in grafeen t.o.v. de huidige transistoren moeten we weten hoe snel het gaat in silicium, niet in "een gemiddelde metallische stof". Wat je nu doet is goochelen met cijfertjes.
Carbon computing, zo noem ik dat wanneer mensen computers proberen te bouwen van koolstof. :)

En inderdaad, Google kan niet altijd iets vinden over iets dat nog moet worden uitgevonden.
Google is een indexer, dus theoretische uitvindingen zullen daar nooit op verschijnen :D
Het is dus ook ongelooflijk klein, een enkele laag atomen. Als je transistors zo klein kan krijgen, dan is dat goed voor de omvang van oa. computers (en alle andere voordelen hiervan)
Door de enorm kleine laagdikte kun je alles wat je ervan maakt heel dun houden, maar bijvoorbeeld uitsmeren over een grotere oppervlakte. Dit is dan weer zeer gunstig voor de warmte-afgifte, waardoor je een grotere capaciteit kunt gebruiken zonder de boel te overhitten (niet het grafeen maar de omliggende materialen.).
enkele statements over carbon koolstof) chips,

even uit het blote hoofd maar bronnen kun je zelf ook wel vinden.

> grafeen zou onder extremere omstandigheden kunnen worden gebruikt,
> grafeen zou minder last hebben van crostalk en dat soort ongein waardoor kleiner kan worden geproduceerd, dan op silicium waarbij we met ~20nm zo'n beetje op de grens van haalbaar zitten. ze zouden dus zuiniger kunnen zijn
> grafeen is veel makkelijker en goedkoper te verkrijgen - omdat je het in principe niet hoeft te mijnen.

en er zijn vast nog talloze andere voordelen aan coolstof tov metaal gebaaseerde chips.
bovendien lijkt het er op dat je strax ook nog eens 3weg chips kunt maken, dat vereist natuurlijk wel wat extra wiskunde maar zo'n een snellere (efficientere) schakeling kunnen opleveren.

het grootste nadeel lijkt met deze troep dus de yields - als het zo makkelijk beschadigd zal het bouwen van cpu's up grote schaal een draconisch karwij worden. - maar dat is voor bedrijven als amd intel ibm tsmc thefoundry en dat soort bedrijven om uit te zoeken.

toch schat ik de kanst best groot dat ciliconvalley niet heel erg lang nog een toepasselijke naam zal blijven...
Wordt hier een 3-state transistor bedoeld?
Oorspronkelijk bedacht voor trinaire systemen, maar hij kan natuurlijk ook gewoon in binaire logica gebruikt worden om het aantal klassieke 2-state transistoren te verminderen.

De logica geldt dan als volgt: je hebt 3 toestanden, dus 3 waardes (laag, gemiddeld, hoog). Digitaal komt het dan op de volgende 2-bit waardes neer:
Laag = 00
Middel = 01
Hoog =10

3-state transistoren kunnen dus anderhalve bit vervangen, wat volgens mij een reductie zou betekenen van +/- 40% minder transistoren.

[Reactie gewijzigd door hvdrhee op 15 oktober 2010 01:38]

Nee daar heeft dit niets mee te maken, als je het wil weten kun je ook gewoon proberen de bron te lezen:
The ambipolar graphene transistors can be configured as n-type, p-type, or hybrid-type by changing the gate bias. As a result, the single-transistor graphene amplifier can operate in the common-source, common-drain, or frequency multiplication mode, respectively. This in-field controllability of the single-transistor graphene amplifier can be used to realize the modulation necessary for phase shift keying and frequency shift keying, which are widely used in wireless applications. It also offers new opportunities for designing analog circuits with simpler structure and higher integration densities for communications applications.
Neen, met 3weg bedoelt men gewoon de 3 aansluitpunten op dit soort transistor namelijk de basis, emitter en euhm.. collector pffew , dat zat ver 8)7

OT: Hopelijk mag dit een echte doorbraak betekenen, zodat de wet van Moore weer gaat gelden, ASML recruteert trouwens jongens, ben deze week nog gecontacteerd 8-)
neenee,
met ambipolariteit bedoelt men dat dezelfde transistor zich zowel als PNP als NPN transistor kan gedragen! En dit met inderdaad 3 aansluitpunten....
maar kan ie dan ook 2 bits over een lijn sturen, zoals een hotelschakelaar in een lamp>

1 = 0/1 EN 2 = 0/1

of is het zoals

1= 0/1 OF 2= 0/1


het verhaal van hvdrhee kon ik nog een beetje duiden (als dat tenminste klopt. )

jammer dat tnet zo mager is ingegaan op DAT stukje van de stof..
Hier worden inderdaad universele PNP + NPN transistors bedoeld... mijn fout
Tsja, ik ben technisch informaticus / computeringenieur, en geen elektricien 8)7
Toch is het errrrug nuttig om soms ook gedetailleerde kennis van de (digitale) elektronica te hebben hoor. Op het puur fysieke niveau werkt een computer nog steeds volgens analoge natuurkunde. :)
Bits en bytes zijn slechts menselijke abstracties.
Alleen dat is bij een "ouderwetse" bipolaire transistor. Bij een FET spreek je over Source, Gate en Drain. Zie ook het plaatje.
Zoals de meeste mensen hier wel weten, loop je met een siliciumtransistor rond de 3,4Ghz tegen een muur aan, waarbij het heel lastig wordt de chip nog hoger te clocken. Hierdoor zijn retail-chips nooit hoger geklokt dan +-3,4Ghz. Dit komt door de eigenschappen van de siliciumtransistors. Grafeen geleidt 100x sneller, en dus zullen frequencies t/m 340Ghz mogelijk zijn met grafeentransistors.
Klinkt goed maar de siliciumtransistors in die 3.4Ghz cpu's schakelen al op 40Ghz. De 100Ghz schakelsnelheid die de grafeentransistors van IBM halen zouden dus effectief tot een cpu van ~8.5ghz en niet 340Ghz leiden.

(zie de info in mijn vorige reply; de term "100Ghz" wordt al gauw verkeerd als cpu-klokfrequente ipv transistor-schakelfrequentie gelezen.)

[Reactie gewijzigd door Interlace84 op 15 oktober 2010 11:21]

zeker niet waar, want het heeft met veel meer te maken dan alleen maar geleidingssnelheid.. ook de schakel snelheid telt behoorlijk mee en die was veeeeel lager.. (maar +/- 3x zo snel) wat uiteindelijk nog steeds een 10+ ghz op zou leveren..

maar je moet geen broodje aap verhalen posten...

als we in de praktijk straks ooit nog eens 30ghz cpu's kunnen verwachten (voor 2020) zou dat al de stoutste droom van grafeen overtreffen... tijd zal het leren
er zal zeker wel een nuttige toepassing komen.
grafeen is echt wel een doorbraak

http://tweakers.net/nieuw...r-ontdekking-grafeen.html

krijgt er niet voor niets de nobel prijs voor :)
Maar het kan nog best 15 jaar duren voordat we dergelijke transistors in ons pc'tje hebben. Van HDD naar SSD duurde ook onmeunig lang. Zal in processorland wel niet veel sneller gaan.
Men onderschat vaak de HDD.
Ik had nog nooit van een SSD gehoort tot begin dit jaar.
Een processor is de "kern" dit moet continue worden bijgewerkt om een beetje bij de tijd te blijven.
Oh? Op dit moment is anders de enige bottleneck in een pc nog de HDD (oke, dvd spelers en dat soort "addons" niet mee gerekend).
Er is altijd maar 1 bottleneck. Los je die op verschijnt vanzelf de volgende ;)
Theory of Constrains, Eliyah Goldratt. Het gouden principe van productie-verbetering: iedere moeite geinvesteerd in een niet-bottleneck probleem is verspilde energie. Het oplossen van de bottleneck leidt echter meteen tot een productie-verhoging (en een volgende bottleneck.
theoretisch wel.

Praktisch maak je echter van de duurste productieunit je bottleneck machine, zo heb je enkel bij een defect op je duurste productieunit capaciteitsverlies. Je preventief onderhoud zet je op die productieunit hoger dan nodig, waardoor een failure niet / bijna nooit optreedt.

Als je je productie perfect op elkaar afstelt, moet elke productieunit in ongeveer perfecte staat verkeren (ook de goedkope units), aangezien bij een falen van gelijk welke schakel je al met productieverlies uitkomt (wat véél duurder is op termijn dan overcapaciteit op je goedkope productieunits).
Lekker kort door de bocht weer. De énige bottleneck? Dat hangt nogal van de toepassing af. Ook intern geheugen is vaak een bottleneck. Een hedendaagse CPU kan heel wat sneller rekenen dan dat hij geheugen kan lezen/schrijven. In games is dit bijvoorbeeld vaak een issue (waar hdd performance wat minder speelt omdat het meeste wel in het geheugen geladen is en er niet specifiek op de hdd gewacht wordt)

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 15 oktober 2010 01:14]

Ontwikkelingen in SSD land lopen al jaren ongelooflijk hard. (en als je dat als tweaker niet was opgevallen, shame on you)

Enigste probleem is dat al die ontwikkelingen plaats vinden in de zakelijke wereld, de consumenten krijgen daar bijna niets van mee. Tenzij je in de afgelopen 5 jaar toevallig een keer 10.00 tot 20.000 dollar aan AlienWare meuk hebt uitgegeven. Dat waren één van de weinige bedrijven die zo gek waren om SSD's in hun bakken te stoppen.
de read en writes vallen anders zwaar tegen, en de bitwear nog veel erger.
soms (meestal) is een array van HD's veel effienter dan een enkele ssd en vaak zijn 3hdd's + een raid-controller ook nog eens goedkoper.

het grootste gemis op dit moment vind ik vaak nog een gewoon goede pci-e raid kaart voor consumenten zodat 3hdd's ook ECHT tenvolle benut worden. want een beetje goede opstelling haalt ook gewoon snelheden die de pci interface compleet dicht drukken
Kwa throughput ja. Kwa seektimes echter gaat geen RAID controller je helpen.
HDD -> SSD en Silicium -> Grafeen chips is een slechte vergelijking.

SSD is een compleet nieuwe technologie en de reden dat het zo langzaam HDD vervangt is omdat de voordelen ervan nog maar net beginnen op te wegen tegen de nadelen en de magnetische opslag voor meeste doeleinden nog steeds de meest effectieve oplossing is. HDD -> SSD is te vergelijken met CRT -> LCD.

Grafeen chips zijn gewoon Silicium chips van een ander/beter materiaal en volgens deze onderzoekers ook op ongeveer dezelfde manier te produceren. Aangezien de snelheidslimiet van 3-4Ghz al jaren geleden was bereikt en processoren/GPU's nu alleen nog maar sneller worden door meer cores en verbeterde architectuur kan een doorbraak zoals met Grafeen voor een grote snelheidsboost zorgen. Als het eenmaal mogelijk is om massaal met deze stof chips te maken zal het niet lang duren voor Silicium uit de chip zal verdwijnen.
Voor een 100GHz pc heb je wel heel wat meer problemen dan puur de aard van transistoren die in de cpu gebruikt worden. Strooi maar eens aan 100 GHz signalen over een databus terwijl de signaalintegriteit behouden wordt... Wil er niet aan denken hoe verschrikkelijk duur zo'n moederbord moet zijn!
Men spreekt hier over 100GHz intern, dus "op CPU basis".
De huidige moederborden draaien ook niet op CPU-snelheden he!
Be that as it may, wat ben je met een cpu die 33x sneller is als je mb geen 33x sneller is?
Zou je hiermee een nieuwe klasse versterkers kunnen maken? Een die efficiënt is, maar niet de gescheiden plus en min versterking nodig heeft van een klasse B versterker?
Klasse B, wie gebruikt dat nu nog...
Tegenwoordig is het allemaal klasse D (zou eigenlijk klasse S moeten heten). Hoe denk je anders dat ze 100 à 200W uit zo een kleine home cinema doos halen?
Hmm... Hebben we hier dan 's werelds kleinste/simpelste op-amp? Of heeft deze transistor een andere werking?

edit: Nee dus. Voor meer uitleg, zie het derde plaatje bij het originele artikel.

[Reactie gewijzigd door Righthere op 14 oktober 2010 19:02]

De toepassing kan best aardig worden. Een doorzichtig scherm met daarachter chips gemaakt van grafeen omhuld door een doorzichtige plaat maakt zou best kunnen werken. AKA volledig transparante apparaten. Not that bad : )
Fijn voor ASML dat grafeen-transistor productie ook met lithografie kan gebeuren. Anders was ASML snel uit beeld verdwenen. Hoop wel dat ze een paar grafeen gerelateerde patenten kunnen binnenhalen, anders wordt het een dure aangelegenheid voor ASML
Dit heeft voor ASML helemaal geen gevolgen op patent gebied. Wat klanten doen met de ASML machines zal ze een worst wezen.
Wat hebben patenten op grafeen te maken met de capability van lito-toestellen?

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