IBM meldt doorbraak in koolstof nanobuizen voor computerchips

IBM heeft een techniek ontwikkeld waarmee een relatief groot aantal transistors gemaakt van koolstof nanobuizen op een wafer geplaatst kan worden. Dit is een belangrijke stap in de ontwikkeling van een computerchip die gebruikmaakt van koolstof nanobuizen.

De onderzoekers van IBM die aan de techniek werken, hebben hun bevindingen in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Nanotechnology gepubliceerd, zo meldt het persbericht. Door middel van de nieuwe techniek is het de onderzoekers gelukt om meer dan tienduizend werkende transistors, gemaakt van koolstof nanobuizen, op een wafer te plaatsen. Voorheen waren enkele honderden transistors het maximum.

Volgens IBM is dit een grote stap in de richting van een volledige computerchip op basis van koolstof-nanobuizen, maar voordat het zover is, moet de dichtheid nog verder worden opgeschroefd. Uiteindelijk moeten miljarden transistors op een zeer klein oppervlak geplaatst kunnen worden.

Momenteel worden transistors nog gemaakt van silicium, maar door over te stappen op koolstof nanobuizen kunnen computerchips in theorie veel kleiner worden gemaakt. Daarbij zouden elektronen zich in koolstof-transistors sneller kunnen verplaatsen dan in traditionele transistors.

Reacties (35)

[Dakdoef]

Bijkomend voordeel is dat koolstof vrijveel beschikbaar is. Silicium is niet "ruw" beschikbaar. De aardkorst bestaat wel voor een kwart uit Silicium, maar altijd in combi met een ander materiaal, zoals zand of asbest. Het heeft een hele behandeling nodig om te komen tot "puur" Silicium". De bewerking is erg intensief en daarmee erg duur.

Hopen dat de computer chips hiermee kleiner, maar ook goedkoper worden in de toekomst.

[Sysosmaster]

De bewerking en winning van zuiver Silicium is vooral zo duur doordat ze ook echt 99.999% zuivere Silicium willen. Alle stoffen die je op zeer hoge zuiverheid wil hebben kosten veel geld.
Dit geld dus ook voor de Koolstof die nodig is voor dit proces.
Je kunt het gewoonweg niet mijnen of simpel verbranden en dan de zuiverheid krijgen die ze zoeken.

Dus verwacht maar niet dat de grondstoffen echt goedkoper zullen zijn dan nu.

[Hack_The_Planet]

Kleiner misschien wel maar goedkoper nooit.
Meer winst zeker.

[Belgar]

Dat is niet helemaal correct: zowel Zand als asbest zijn namelijk siliciumverbindingen (Si_xO_y), het is dus siliciumoxide in essentie. Het is anders opgebouwd , maar niet "vermengd". Elementair silicium komt bijna nergens voor.

Het is correct dat het omwerken naar het "metaal" silicium moeilijk en kostbaar is, maar helaas geldt hetzelfde voor pure koolstof.

Overigens is bij dit huidige procedé, zover ik het begrijp, nog steeds een wafer nodig. Echter is de bouw van de transistor niet gedaan met lithografie en andere halfgeleiders, maar met nanotubes.

[Flimovic]

Hoe verhoudt deze techniek zich tot de nieuwe EUV-machines van ASML, die lijntjes trekken van een nanometer of 14?
M.a.w. hoeveel efficiënter is dit in potentie?

[Reactie gewijzigd door Flimovic op 23 juli 2024 02:32]

[coolcnor]

carbon nanotubes hebben structuren die een factor 10 kleiner zijn dan 14 nm. Dit hangt wel af van de lengte. Het belangrijkste is echter dat je deze structuren op een goedkopere manier (in de toekomst) kan maken dan de lithografische technieken die nu voor silicium nodig zijn.
Daarbij zijn de electrische eigenschappen van grafeen veel beter dan van koper, aluminium of silicium.
Denk dus aan:
- kleinere structuren
- hogere snelheden
- minder energieverlies

[pagani]

Afgeleid uit het plaatje: 10,000 keer dunner dan een haar. Nu zijn haren 17-180 micrometer groot. 17 micrometer gedeeld door 10.000 is 1,7 nanometer. 180 micrometer gedeeld door 10.000 is 18 nanometer. Hangt dus nogal van hun definitie van een haardikte af.

[WouterKvG]

Uit het bronartikel:

Earlier this year, IBM researchers demonstrated carbon nanotube transistors can operate as excellent switches at molecular dimensions of less than ten nanometers – the equivalent to 10,000 times thinner than a strand of human hair and less than half the size of the leading silicon technology. Comprehensive modeling of the electronic circuits suggests that about a five to ten times improvement in performance compared to silicon circuits is possible.

Aangezien we met EUV rond de 14nm zitten denk ik dat het zo'n 7 nm is.

[Reactie gewijzigd door WouterKvG op 23 juli 2024 02:32]

[vanaalten]

Je moet het denk ik zien als "EUV is middellange termijn, koolstof nanobuistransistors is mogelijk iets voor lange termijn".

EUV is iets waar nu machines voor ontwikkeld worden, iets dat in de praktijk bijna praktisch bruikbaar is; nanobuisjes zitten nog erg in het research-stadium.

[Rob Coops]

Enkele tienduizenden is beter dan enkele honderden maar we zijn nog een flink eind af van de miljoenen transistors die we nodig hebben om een moderne processor te kunnen bouwen natuurlijk.
De andere kant is wel dat de veel snellere nano buisjes (10GHz is helemaal niet erg snel voor deze dingen) toch wel voor een flink opschudding zouden kunnen zorgen in de computer chip wereld die op het moment toch maar marginaal snellere chips op levert. Ieder jaar wordt er wel weer een kleine verbetering maar echte sprongen zo als van 100MHz naar de 3GHz zien we eigenlijk al jaren niet meer.

Het wordt hoog tijd dat we weer flink wat snellere chips krijgen het wordt een beetje saai op de computer chip markt de laatste tijd.

[Grrrrrene]

Ieder jaar wordt er wel weer een kleine verbetering maar echte sprongen zo als van 100MHz naar de 3GHz zien we eigenlijk al jaren niet meer.

Nou, de 486 DX4 100MHz is de eerste 100MHz consumenten cpu die ik ken / me kan herinneren. Deze werd in maart 1994 gelanceerd. 9 jaar later, in november 2002 (8,5 jaar later) kwam Intel met de Pentium IV 3.06GHz. Als je dat zou doortrekken hadden we nu (10 jaar later) op 90GHz moeten zitten. Dat gaat inderdaad niet zo snel meer, maar we hebben wel veel meer snelheid per kloktik. Dat is nml waar de P4 niet bepaald in uitblonk.

[Reactie gewijzigd door Grrrrrene op 23 juli 2024 02:32]

[hardwareaddict]

Voor applicaties die niet SIMD gebruiken kunnen lopen de CPU fabrikanten inderdaad enorm achter op de afgeleide wet van Moore.

Huidige processoren voor de consument zijn zo'n 6 cores.

6 * 3.9Ghz turboboost = 23.4Ghz

Nu is de IPC voor de meeste applicaties wel enorm verbeterd, bijna 3x beter dan die 486.
Met hyperthreading voor mijn software wel 1.73 voor de laatste i7 per echte core.

Dus t.o.v. de DX4 100Mhz. Praten we dan over een snelheidsverschil potentieel van:

23.4 * 3 * 10 = 234 * 3 = 702 keer sneller.

Nu leggen we de wet van Moore ernaast. Verdubbeling in transistors elke 18 maanden wat dan zou leiden tot 2x grotere snelheid. Dus tot de lancering rondom eind 2011 is dat dan:

18.5 jaar. 17.5 * 12 / 18 = 12.33 verdubbelingen volgens wet van Moore.

2 ^ (12.33) = 2^12 * iets = 4096 * iets (bug in mijn macbookpro calculator) = rond 5000x

Dus we missen ergens een factor 8 bijna die de werkelijkheid achterloopt op de wet van Moore.

Die wordt overigens veroorzaakt door dingen als cache coherency en het feit dat de meeste applicaties gewoon NIET profiteren van meer cores en het feit dat de besturingssystemen gewoon beter werken op 1 hooggeklokte core dan 10 laaggeklokte cores. Met allemaal dezelfde onderliggende reden: men wil niet BETALEN voor goede parallellisatie van software.

An sich is het simpeler om een chip met 10 laaggeklokte cores te produceren (afgezien van de cache coherency en andere zaken).

Voor software die dus goed werkt op 1 core en niet meer, daar is de werkelijkheid dus nog veel erger.

Alleen SIMD type code profiteert dus WEL van allerlei vooruitgangen en dan zien we ineens dat zeker bij supercomputers de wet van Moore precies gevolgd wordt als we kijken naar de gflops outputs.

Maar in die sector heeft het meer te maken met planning dan met 'wat technisch mogelijk is'.

Met de komst van de manycores was er technisch meer mogelijk dan we op dit moment zien verwezenlijkt in supercomputers simpelweg.

De werkelijkheid is dus niet zozeer dat de hardware achterloopt, maar met name de software, want die loopt, afgezien van de 3d engine van games, gewoon niet goed op manycores.

Men wil gewoon niet betalen voor software.

Het beste wordt dit geillustreerd in de mobiele wereld, waar we nu eigenlijk te hoog geklokte cpu's zien die dan maar 2 cores hebben.

[Reactie gewijzigd door hardwareaddict op 23 juli 2024 02:32]

[Svennetjee]

Je vergeet helaas even te melden dat GHz'en in principe vrij weinig te melden hebben over de snelheid van een processor. Je kunt een 10GHz processor hebben die 100 kloktikken nodig heeft voor een bepaalde operatie, of een 100MHz dingetje die per kloktik een operatie kan uitvoeren.
Ergo, die zijn dus in principe even snel.

Daarnaast is het leuk om dat ding van Moore een 'wet' te noemen maar dat is het dus allerminst hè. Het is gewoon een voorspelling en het is wachten op het moment waarop 'ie niet meer geldt.

[MaartenBons]

Wet van moore zegt alleen wat over de transistor dichtheid in chips. Helemaal niks over de snelheid van de chips, dit is enkel een logisch gevolg geweest van de schaalverkleiningen.

[DrVic]

Ik kan me nog herinneren dat bij de introductie van de P4 werd gesteld dat ie in no time op 10 GHz zou zitten

[DVDL]

Ik ben het wel met je eens dat er geen grote sprongen meer worden gemaakt, zoals je zegt van 100 naar de 3GHZ is natuurlijk snel gegaan. Echter, hebben we dat wel nodig? Een gemiddelde consument kan met een processor van rond de 100 euro alles doen wat je wil, een gamer zit met 200 euro ook al niet verkeerd. Tuurlijk, techniek is mooi en belangrijk om voor uit te gaan, maar het is de laaste tijd misschien wat te hard gegaan, waardoor de verhouding van vernieuwing nu wat minder is. En naar mijn mening nog niet zo erg ook, des te beter wordt het voor minder geld, toch?

[Jeroen]

De reden dat er grote sprongen konden worden gemaakt en nu niet meer is dat we nog lang niet aan de fysieke grenzen van de techniek zaten. Nu ongeveer wel.

Dit zijn redelijk fundamentele nieuwe technologieën. Als het mogelijk wordt om veel sneller en relatief goedkoper en/of betrouwbaarder berekeningen te doen met koolstof nanobuizen dan nu met silicium chips, dan is er veel meer mogelijk waardoor 'alles wat een consument wil' mee verandert. Voordat de transistor bestond waren mensen echt niet zo ongelukkig met hun leven. Aangezien ze niet wisten wat ze misten, zagen ze ook niet zo zeer het nut in van die uitvinding voor de gemiddelde consument van die tijd.

Er is nog oneindig veel informatie om ons heen die nu niet verwerkt wordt tot iets nuttigs, en daarmee nog oneindig veel gelegenheid om nuttige dingen te doen met meer rekenkracht.

[Noeandee]

We hebben het hier denk ik hier ook niet over toepassingen voor gamers. Dat is niet waar IBM deze techniek in eerste instanstie voor ontwikkeld natuurlijk. Ik kan me goed voorstellen dat bijvoorbeeld servers hier zeer bij gebaat zouden zijn. Maar bijvoorbeeld ook mobiele telefonie, tablets, en speciale opstellingen, die in de wetenschap en techniek gebruikt worden. Aangezien men veel kleinere chips kan maken, die bovendien sneller zijn.

Vraag: Zal men dan ook minder zeldzame aardmetalen nodig hebben, als deze koolstof tubes gebruikt gaan worden? Ik kan me zo voorstellen, dat niet alleen IBM daar voordeel uit haalt, maar de hele wereld buiten China en wat malafide leiders in de Kongo. Daar komt nu een groot deel van deze aardmetalen vandaan.

[Reactie gewijzigd door Noeandee op 23 juli 2024 02:32]

[firest0rm]

ja dat hebben we nodig over 10 jaar zijn ook files en resoluties en programmas twee keer zo groot

gevalletje bill gates Computer Memory: 640K Ought to be Enough for Anyone
ja niet dus...

[Rey Nemaattori]

Enkele tienduizenden is beter dan enkele honderden maar we zijn nog een flink eind af van de miljoenen transistors die we nodig hebben om een moderne processor te kunnen bouwen natuurlijk.
De andere kant is wel dat de veel snellere nano buisjes (10GHz is helemaal niet erg snel voor deze dingen) toch wel voor een flink opschudding zouden kunnen zorgen in de computer chip wereld die op het moment toch maar marginaal snellere chips op levert. Ieder jaar wordt er wel weer een kleine verbetering maar echte sprongen zo als van 100MHz naar de 3GHz zien we eigenlijk al jaren niet meer.

Het wordt hoog tijd dat we weer flink wat snellere chips krijgen het wordt een beetje saai op de computer chip markt de laatste tijd.

Zulke sprongen hebben we ook nooit gehad? Van 100mhz(486-DX4) naar 3ghz(P3) heeft toch zeker 8 jaar geduurd(1994 tot 2002)? Al sinds jaar en dag gaat 't niet meer met enkele tientallen tot honderden mhz per iteratie omhoog...

Je hebt wel gelijk dat de focus de laatste +/- 5 jaar vooral ligt op multicore processing en IGP's en minder op meer rauwe ghz'en. Logisch ook wel, 9/10 keer is de overige hardware de bottleneck, zelfs met SSD's, ultrasnel geheugen en een dikke graka...

[Mijzelf]

Koolstof nanobuizen. Ik vraag me af of dat het nieuwe asbest wordt.

[Flimovic]

Dat is zeker niet onwaarschijnlijk. Je ziet nu al met hele fijne koolstofvezels (bijvoorbeeld uit composieten) dat die overal in gaan zitten.
Asbest zijn ook vezels en het probleem is dat je deze inademt en dat die in je longen gaan zitten. Lijkt me best mogelijk dat met koolstof iets vergelijkbaars gebeurt.

[Sysosmaster]

MEt wel het verschil dat dit artikel gaat over koolstof nano-buizen in IC's en niet om implementatie van nano-buizen in de bouw of andere groot schaalig gebruik.

IC's zijn nu eenmaal afgesloten dingen die vaak worden ingezameld i.p.v. vernietigd bij afschrijving / vuilnis verwerking.

Als we koolstof nano-buizen in staal gaan verwerken dan is deze angst veel meer relevant, en zelfs onderzoeks waardig.

Wat IBM in dit onderzoek doet gebeurt in afgesloten gecontroleerde "clean"-rooms waardoor er zowiezo niks van in de natuur komt.

[Verwijderd]

Koolstof nanotechnologie is inmiddels een miljarden business waarbij het o.a. in autobanden word toegepast (dat komt dus zeker in onze luchtwegen terecht).

Wbt koolstof nanotechnologie in chips heb ik geen vermoedens van gezondheidschade.

Back-on-topic:

_{Door middel van de nieuwe techniek is het de onderzoekers gelukt om meer dan tienduizend werkende transistors, gemaakt van koolstof nanobuizen, op een wafer te plaatsen.}

Erg onder de indruk ben ik hier niet van. Wafers kunnen tegenwoordig rustig 30cm zijn.
Daardoor denk ik dat er ook nog wel 10.000-den SMD transistors op zullen passen.

De verkleinrace moet dus eigenlijk nog letterlijk helemaal van voren af aan beginnen....

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 23 juli 2024 02:32]

[hardwareaddict]

Asbest is niet brandbaar.

[TheNephilim]

Goed nieuws! Al zal het waarschijnlijk nog een stuk duurder zijn, maar voor specifieke toepassingen is dit natuurlijk niet altijd erg.

Hopelijk hebben wij er als consumenten/tweakers/enz. ook wat aan. Veel ontwikkelingen blijven zo lang in het 'wetenschappelijke' segment hangen. Vaak door de kosten, maar toch jammer.

[Edddd]

Hopelijk hebben wij er als consumenten/tweakers/enz. ook wat aan. Veel ontwikkelingen blijven zo lang in het 'wetenschappelijke' segment hangen.

Dit hangt helemaal af van de voordelen (behoefte hieraan) en, zoals je schetst, de kosten. Vergeet echter niet dat er veel kosten zijn gemaakt om dit onderzoek te financieren. Dat doet (in dit geval) IBM niet voor niets natuurlijk. Wanneer ze er rendement uit kunnen halen, is hen er veel aan gelegen om dit te realiseren. Door het terugverdienen van gedane investeringen, ontstaat weer meer ruimte voor nieuw en verdergaand onderzoek.

[fayt64]

Dit is denk ik een goede vooruitgang, en waarscheinlijk ook goedkoper om te produceren.

[mad_max234]

Nu dit proces nog eens 2000 X beter maken en we zijn er.

[hardwareaddict]

Gaat komen.

[kaltun]

En nu de grote hamvraag :
hoelang gaat het duren voor massa-productie

[Menesis]

ik denk dat de hamvraag eerder is: wanneer zal er een werkend prototype worden getoond?

[Jeroen]

Afhankelijk van wat je daarmee bedoelt is er nu dus blijkbaar een werkend prototype. Het product is in dit geval een wafer met een redelijk aantal koolstof-nanobuizen erop, en dat hebben ze weten te doen. De volgende stap is het proces verbeteren zodat een betere dichtheid gerealiseerd kan worden. Die techniek is dan voorlopig 'klaar' en dan kunnen ze er een fatsoenlijke prototype processor mee gaan ontwikkelen, en een paar jaar later overgaan tot productie.

[Jeroen]

Zo'n 7-10 jaar. Redelijk standaard.

[DeRooienKomen]

Mooie ontwikkeling koolstof atoompjes genoeg!