Primeiro processador com transistores de nanotubos de carbono

Redação do Site Inovação Tecnológica - 29/08/2019

Este é o RV16XNano, o "386" dos transistores de nanotubos de carbono.
[Imagem: Hills et al. - 10.1038/s41586-019-1493-8]

Processador de nanotubos de carbono

Está pronto o primeiro processador feito inteiramente de transistores de nanotubos de carbono.

Foi uma longa espera desde que um protótipo muito mais simples, mas mesmo assim um computador de nanotubos de carbono, foi apresentado em 2013.

Mas pode ter valido a pena: Os transistores de nanotubos de carbono mostraram-se 10 vezes mais eficientes em termos energéticos do que os transistores de silício usados nos processadores atuais.

O ganho de eficiência foi obtido mesmo que essa segunda geração de transistores de nanotubos ainda seja enorme, cerca de 150 vezes maiores do que os transistores de silício. Com 1,5 micrômetro, eles respondem pelo nome de CNFET, sigla em inglês para transístor de efeito de campo de nanotubo de carbono.

Comparável a um 386

"Este microprocessador de 16 bits é baseado no conjunto de instruções RISC-V, executa instruções padrão de 32 bits em dados e endereços de 16 bits, compreende mais de 14.000 CNFETs complementares de metal-óxido-semicondutor e foi projetado e fabricado usando o design padrão de fluxos e processos do setor," escreveram Gage Hills e seus colegas do MIT, nos EUA.

Portanto, o novo processador, batizado de RV16XNano, pode ser comparado ao processador Intel 80386, lançado em 1985, que tinha especificações semelhantes e viabilizou o surgimento da interface gráfica do Windows.

Os dois processadores também são comparáveis nas dimensões dos transistores: 1,5 micrômetro dos CNFETs e entre 1 e 1,5 micrômetro dos transistores de silício do 80386. Mas o 80386 tinha 275.000 transistores, contra 14.000 do RV16XNano. E os primeiros 80386 processavam suas instruções com uma frequência de 16 megahertz, enquanto o processador de nanotubos de carbono tem uma frequência de processamento máxima de cerca de 1 MHz.

A grande inovação está no aprimoramento das técnicas para fabricar transistores de tipo "p" e "n" usando apenas nanotubos de carbono.
[Imagem: Hills et al. - 10.1038/s41586-019-1493-8]

Transistores P e N

Os pesquisadores precisaram desenvolver novas técnicas para limitar drasticamente os defeitos e permitir o controle funcional total na fabricação dos CNFETs, sem deixar de lado os processos das fundições tradicionais de chips de silício - o artigo descrevendo todos os processos e técnicas, publicado pela equipe, tem nada menos do que 70 páginas.

O microprocessador executou o conjunto completo de instruções com precisão. Em termos práticos, até agora ele só rodou uma versão modificada do clássico programa "Olá, Mundo!", o primeiro exercício que todo aprendiz de programação faz. Neste caso, a saída foi "Olá, mundo! Eu sou o RV16XNano, feito de CNTs".

Embora as 70 páginas do artigo contenham uma série de inovações, o que se destaca é o desenvolvimento das técnicas para fabricar transistores de nanotubos de tipo P (positivo) e N (negativo), essenciais para a montagem das portas lógicas, capazes de executar as operações lógicas em que cada computação é decomposta.

Bibliografia:

Artigo: Modern microprocessor built from complementary carbon nanotube transistors
Autores: Gage Hills, Christian Lau, Andrew Wright, Samuel Fuller, Mindy D. Bishop, Tathagata Srimani, Pritpal Kanhaiya, Rebecca Ho, Aya Amer, Yosi Stein, Denis Murphy, Arvind, Anantha Chandrakasan, Max M. Shulaker
Revista: Nature
Vol.: 572, pages 595-602
DOI: 10.1038/s41586-019-1493-8