スタンフォード大学、初のカーボンナノチューブコンピュータが登場

Tiffany Trader

ナノスケールの物理的な限界に直面してくるシリコンベースの電子機器のように、研究者は、ムーアの法則に新しい命を吹き込み、これまでより速く、より安く、よりエネルギー効率の高いコンピュータの需要を満たすために実現可能な代替品を急いで見つけている。スタンフォードエンジニアのチームによって作成されたカーボンナノチューブで作られた新しいコンピュータは、最初の重要なシリコンへの挑戦者かも知れない。

世界初のカーボンナノチューブコンピュータの一部分の走査電子顕微鏡法イメージ。著作：Butch Colyear

炭素原子の長鎖のカーボンナノチューブは、潜在的な電子回路基板としてそれらを魅力的にする優れた材料及び電子特性を有している。スタンフォード大学教授のSubhasish MitraとH.-S.Philip Wong率いるスタンフォードチームは、この新たな半導体材料は、より速く、よりエネルギー効率に優れたコンピューティングのための莫大な潜在力を保持していると主張する。

「人々は、シリコンを超えて移動するカーボンナノチューブ・エレクトロニクスの新たな時代の話をしています。」とスタンフォード大学の電気技師とコンピュータ科学者のMitraは語った。「しかし、このエキサイティングな技術を使用して完全なデジタルシステムのいくつかのデモが行われている。これが証拠である。」

ネイチャー誌の記事によると、単純なコンピュータは、142の低電力トランジスタで構成され、それぞれ約10〜200ナノメートルのカーボンナノチューブを含有する。プロトタイプは、Intel初のマイクロプロセッサでIntel 4004と呼ばれる1970年代の時代のチップと同じパワーを持っている。

「システムは、機能的に普遍的なコンピュータであり、新興の電子材料分野で著しい進歩を表しています。」とNatureの記事で著者は書いている。

デバイスは、マルチタスクおよび4つのタスク(命令フェッチ、データフェッチ、算術演算および書き戻し)を処理する機能を持つ単純なオペレーティングシステムを採用している。商用のMIPS命令セットから20の異なる命令を含有したことは、このコンピュータの一般的な性質を強調している。デモでは、チームはカウンティングと整数ソーティングのワークロードを同時に動作させた。

カリフォルニア大学バークレー校の電子回路やシステム上の世界の専門家、Jan Rabaey教授は、カーボンが長年シリコンを置き換えるために有望な候補であったが、しかし科学者たちは、CNTが一定のハードルを克服できるようになるか定かで無かったことを指摘した。

約15年前に最初のカーボンナノチューブベースのトランジスタが登場した一方、スタンフォードチームは、より複雑な回路のための基礎として使用することができることを示した。

「最初に、彼らはCNTベースの回路を製造するためのプロセスを適切なところに入れて、２番目に、彼らは計算がCNTを使って行うことが出来ることを示す単純だが効果的な回路を構築しました。」とスイスのÉcole Polytechnique Fédérale de Lausanneの電気工学研究所の所長、Giovanni De Micheli教授は説明する。

CNTが複雑なコンピューティングシステムを設計する役割を持っていることを示すことによって、他の研究者は、次のステップを取る事へより積極的になり、潜在的なカーボンナノチューブ半導体の工業規模の生産の開発を先導する。

「これは、半導体コミュニティの研究者の注目を得て、この技術が次の十年で、小型でよりエネルギー効率に優れたプロセッサに繋げることが出来る方法を探索するために彼らを勧誘することは疑問のないことを示しています。」とRabaeyは観測している。