Los investigadores construyen el chip RISC-V a partir de nanotubos de carbono

Los investigadores del MIT han dado los primeros pasos pequeños pero reales hacia la próxima generación de procesadores, construyendo el primer procesador compatible con RISC-V alimentado por nanotubos de carbono. El procesador puede manejar instrucciones de 32 bits y direccionamiento de memoria de 16 bits, y el equipo lo consiguió para ejecutar una demostración de Hello World! Eso está muy lejos de lo que pueden hacer los chips de silicio, sin duda, pero es un paso importante.

Aunque los fabricantes de chips no han terminado de exprimir hasta el último trozo de potencia del silicio, la vida útil de los procesadores de silicio está llegando a su fin. A pesar de lo que la lógica de Ant-Man pueda sugerir, sólo podemos miniaturizar las cosas hasta cierto punto. Eso significa que tenemos que encontrar otra cosa que sustituya al silicio. Los investigadores han considerado durante mucho tiempo que los nanotubos de carbono son un nuevo material potencial para los procesadores, pero es una posibilidad tan llena de obstáculos como de potencial.

Los nanotubos de carbono son semiconductores naturales, y son extremadamente pequeños, lo que los convierte en una opción ideal para otros procesadores de miniaturización. Sin embargo, tienen que ser cultivados, y se ha demostrado que es difícil cultivarlos con precisión. Conseguir que esto funcione requiere un 100% de pureza, pero los investigadores han llegado al 99,9%. Esto suena más cercano de lo que es; aplicaciones como ésta requieren una precisión absoluta.

Además, los semiconductores de silicio pueden modificarse para que tengan sesgos positivos y negativos a través de un proceso llamado «dopaje», pero el tamaño microscópico de los nanotubos de carbono lo hace increíblemente difícil de hacer.

Trabajando alrededor de las trampas de los nanotubos de carbono

Los investigadores del MIT, que trabajan con científicos de Analog Devices, Inc. han encontrado algunas soluciones para estos obstáculos.

Primero, los investigadores dejaron que los nanotubos crecieran como querían. Este es un proceso un tanto caótico. Junto con los útiles nanotubos de un solo carbono, los nanotubos metálicos también crecen, junto con los grupos agregados de nanotubos. Después de dejar crecer el bosque de nanotubos, el equipo aplicó una capa sobre la superficie que luego fue removida por sonicación. La capa se llevó los grupos agregados con ella, dejando los otros en su lugar.

Luego, el equipo grabó la mayor parte de la capa de nanotubos de modo que sólo los que querían quedaran en su lugar, y luego aplicó una capa de óxido que actuó como agente de dopaje. No es tan preciso como el proceso utilizado para los procesadores de silicio, pero funcionó para esta aplicación.

Finalmente, el equipo trabajó en torno a los nanotubos metálicos que no son útiles para un procesador, modificando la herramienta de diseño RISC. El equipo descubrió que algunas funciones son menos sensibles a la presencia de nanotubos metálicos, y modificó la herramienta de diseño de código abierto para tener en cuenta esto, evitando las funciones que son sensibles a esos nanotubos metálicos.

El resultado final es el chip RV16X-NANO. Este chip cuenta con 14.000 transistores, muy lejos de los miles de millones de CPUs de la generación actual, pero con ese importantísimo rendimiento del 100%. El equipo pudo entonces ejecutar la demostración de Hello World!

No es la respuesta

Hay un montón de maneras de mejorar el diseño existente, dicen los investigadores. Sin embargo, el diseño tiene que ser tolerante a las imperfecciones, y las CPUs son exactamente lo contrario. El chip debe tener en cuenta los nanotubos de carbono y los nanotubos metálicos mal orientados.

En última instancia, los investigadores quieren llegar a un lugar donde puedan controlar el crecimiento de nanotubos de carbono lo suficiente para hacer transistores de un solo nanotubo, y este experimento se trata de trabajar alrededor de eso. No es una solución. Pero lo que sí hace es demostrar que es posible fabricar chips de nanotubos de carbono, y mejora la comprensión general de cómo podrían funcionar los nanotubos de carbono en un entorno de procesamiento. Ambos son pasos en la dirección correcta, aunque no sean pasos directos.

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