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9月 24, 2019

MIT研究チーム、カーボンナノチューブマイクロプロセッサを構築

HPCwire Japan

Oliver Peckham

カーボンナノチューブトランジスタからマイクロプロセッサを構築するという長年のミッションが、MITの研究者チームのおかげでようやく成功した。

ムーアの法則の持続可能性がますます疑問視されるようになるにつれ、開発が進んでいく。シリコンベースのトランジスタは、もはや縮小することができなくなりつつあり、ますます改善の限界を迎えている。

その結果、カーボンナノチューブベースのマイクロプロセッサが、しばらくの間、次世代コンピューティングの設計目標となっていた。研究者は、これらのナノチューブトランジスタベースの設計は、約10倍のエネルギー効率ではるかに高速なパフォーマンスを実現し、結果的にシリコンベースのマイクロプロセッサよりも環境への影響が少ないと考えている。

マイクロプロセッサの新しい時代の中心にあるこのカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ(CNFET)には、大規模に生産された場合、欠陥によってパフォーマンスが低下するため大量消費には不向きになるであろう、1つの重大な欠陥がある。最も顕著なものは、製造されたナノチューブの小さな一部が金属となり、トランジスタの切り替えを妨げることである。

 
 

カーボンナノチューブの電界効果トランジスタから

構築された最新のマイクロプロセッサの顕微鏡画像。

著作権: Felice Frankel

   

これがMITの画期的な取り組みである。 “designing resiliency against metallic CNTs”(金属CNTに対する弾力性の設計)の頭文字から名付けられた「DREAM」と呼ばれる彼らの新しい技術では、それらの金属CNFETをトランジスタを破壊しない方法で配置する。これにより、純度要件が99.999999%の純度から99.99%(4桁)の純度に低下した。

「これは夢の解決策ですから、「DREAM」は素晴らしいしゃれです。」共著者で、MITの電気工学およびコンピューターサイエンス(EECS)の助教授であるMax M. Shulakerは述べた。「これにより、カーボンナノチューブを既製で購入し、ウエハー上に落とし、特別なことをすることなく通常のように回路を構築することができます。」

DREAM技術により、チームは、シリコンベースのマイクロプロセッサと同じタスクを正常に実行する14,000個以上のCNFET(ヘッダー画像参照)を備えた16ビットマイクロプロセッサを実証することができた。研究チームは、新しいマイクロプロセッサに象徴的な「Hello、World!」プログラムのバリエーションを実行させた。(「Hello, World! 私はRV16XNano、CNTで作られています。」)

RISC-Vオープンソースチップアーキテクチャに基づくこのマイクロプロセッサの反復は、6年前にこの同じ研究者の多くが設計した以前のバージョンに基づいているが、その反復では178個のCNFETしかなかった。

「これは、高性能でエネルギー効率の高いコンピュータ技術を約束している新たなナノテクノロジーで作られた最も先進的なチップです」とShulakerは述べている。 「シリコンには限界があります。コンピュータ技術で利益を得続けたい場合、カーボンナノチューブは、これらの制限を克服する最も有望な方法の1つなのです。この論文でカーボンナノチューブでチップを作る方法を完全に再発明したのです。」

現在、研究チームは、国防高等研究計画局(DARPA)プログラムを通じて、チップ製造工場でDREAM技術を実装することから始め、照準を実際のアプリケーションに合わせている。しかし、新しい技術により、次世代のコンピュータ技術の未来は明るい。

「もはや問題ではないかと思います。」「しかし、いつになるでしょうか。」とカーボンナノチューブプロセッサの市販化についてShulakerは述べた。

このニュースのMIの発表はここからで読むことができます。